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Posté par Adrien le Jeudi 05/10/2017 à 00:00
Des ressorts fluorescents pour mesurer un gradient de force dans les protéines
Parvenir à insérer des ressorts fluorescents microscopiques parmi les chaînons d'une protéine, mesurer simultanément, dans des cellules vivantes, les forces mécaniques infimes s'exerçant sur deux types de ces ressorts et mettre ainsi en évidence un subtil gradient de forces au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un animal, et en particulier celle des mammifères...) même de la protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En...): c'est le résultat qu'ont obtenu des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.) et développement de Rennes, en collaboration avec une équipe de l'Institut Max Planck de biochimie (Allemagne) en utilisant une nouvelle méthode d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...). Cette étude a été publiée le 18 septembre 2017 dans la revue Nature Methods.


Figure: En adaptant une méthode de mesure multiplex de FRET, il est possible de mesurer simultanément, dans une même cellule et au sein même des domaines d'adhésion (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se produisent lorsque l’on met en contact intime deux matériaux, dans le but de créer une résistance...), deux senseurs de tension (La tension est une force d'extension.), TFP-FL et LmO-FL, adéquatement positionnés dans la protéine taline. La méthodologie repose sur une excitation unique à 440 nm et une détection double à 470 nm et 580 nm de la mesure de FRET par imagerie de durée de vie (La vie est le nom donné :) de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à caractériser un...). Les images représentent la localisation dans les domaines d'adhésion au sein même de cellules vivantes des deux senseurs insérées dans la taline à la position 447 pour 447-LmO-FL-mK2 et à la position 1973 pour 1973-TFP-FL-ShG. Les protéines fluorescentes utilisées sont TFP: mTFP1, ShG: ShadowG, LmO: LSSmOrange et mK2: mKate2.
© Marc Tramier

L'adaptabilité des domaines d'adhésion des cellules à leur matrice extracellulaire permet à la cellule de ressentir des rigidités de la matrice et d'induire des forces externes, mécanismes cellulaires essentiels impliqués par exemple dans la migration cellulaire. Pour comprendre les mécanismes moléculaires mis en jeu, les chercheurs ont développé une sorte de petit ressort fluorescent qui sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois les mesures in situ...) la tension à travers les protéines. Ce ressort est constitué d'un peptide élastique entouré de deux protéines fluorescentes qui jouent le rôle de donneur et d'accepteur de FRET (transfert d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) non radiatif entre fluorophores). En mesurant l'efficacité de FRET qui dépend de la distance entre donneur et accepteur, on peut mesurer la tension appliquée à la protéine d'intérêt.

La taline est une protéine concentrée dans les domaines d'adhésion des cellules. Elle fait le lien entre les intégrines, protéines traversant la membrane cellulaire pour interagir avec la matrice, et les filaments d'actine qui constituent la structure contractile interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme d'études...) de la cellule. C'est une longue protéine constituée de plusieurs domaines de liaison à l'actine. En insérant des petits ressorts fluorescents de différentes rigidités à différents endroits de la protéine et en exprimant cette protéine chimérique dans des cellules adhérentes en culture (La définition que donne l'UNESCO de la culture est la suivante [1] :), l'équipe de Carsten Grashoff à l'Institut Max Planck de Biochimie, a voulu savoir si les forces mécaniques appliquées aux différents domaines de la taline étaient constantes. Pour répondre à cette question, il a été nécessaire de mesurer les forces sur les différents ressorts simultanément dans une même cellule. L'équipe de Marc Tramier avait préalablement développé une méthode de mesure multiplex du FRET (Déméautis et al., Scientific Reports, 2017), la même mesure qui permet de caractériser la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles « force (vertu) » et...) dans les ressorts fluorescents. En adaptant cette approche à la taline, les expériences effectuées sur la plateforme de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre visible des éléments invisibles...) de Rennes MRic ont permis de démontrer qu'il existait un gradient de force au sein même de la protéine, la tension mesurée n'étant pas identique dans les différents domaines.

Cette étude représente une avancée importante, car les forces associées aux différents domaines d'une protéine n'étaient pas directement accessibles auparavant. Les résultats obtenus permettent d'analyser sous un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons...) nouveau les rôles respectifs des différents domaines d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) de la taline avec le cytosquelette d'actine. La méthodologie développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) doit pouvoir s'adapter à la compréhension du rôle et du mécanisme d'action d'autres protéines impliquées dans la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...) cellulaire.

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Source: CNRS-INSB