Des cellules humaines transformées en biocatalyseur
Publié par Isabelle le 05/09/2018 à 12:00
Source: CNRS-INC
Des chercheurs de l'Institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay (Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay/CNRS) ont conçu des enzymes artificielles ancrées à la surface de cellules humaines vivantes. Ces enzymes pourraient être utilisées à des fins thérapeutiques, produisant des composés pharmacologiques directement sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) de cellules spécifiques, ce qui pourrait réduire les effets secondaires. Ces résultats sont publiés dans la revue JACS.


Légende: Transformation de cellules humaines en de biocatalyseurs vivants par encage de metalloenzymes artificielles dans leurs membranes.
Copyright: ©Wadih Ghattas

Pour limiter les effets secondaires d'un médicament (Un médicament est une substance ou une composition présentée comme possédant des propriétés curatives, préventives ou administrée en...), celui-ci doit être délivré au plus près des cellules qu'ils visent. Mieux, les cellules cibles pourraient elles-mêmes fabriquer le médicament à partir d'un composé inactif assimilé par le patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant une attention médicale ou à qui est prodigué un soin.). 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 chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs...) moléculaire et des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) d'Orsay (Université Paris-Sud, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Paris-Saclay/CNRS) ont démontré que cela est possible: ils ont transformé des cellules vivantes en biocatalyseurs, en intégrant des métalloenzymes artificielles à leur surface.

Des milliers d'enzymes naturelles facilitent chaque 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 du Soleil éclairent le ciel. Son début...) les nombreuses réactions chimiques qui se déroulent à l'intérieur des organismes vivants. Elles accélèrent, ou "catalysent", ces réactions chimiques qui, sans elles, seraient très lentes ou ne démarreraient pas. Les métalloenzymes sont de telles enzymes contenant un ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais, à partir de l'adjectif grec ἰόν (ion), se traduisant par « allant, qui...) métallique, tel que le zinc (Le zinc (prononciation /zɛ̃k/ ou /zɛ̃ɡ/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30.), le fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau...) ou le cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur ses surfaces fraîches une teinte...). Les métalloenzymes artificielles ont fait leur preuve en catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique dans le but de modifier sa vitesse de réaction. Le catalyseur, qui est en général en quantité...), mais les applications dans des cellules vivantes restent difficiles: le métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. C'est un processus ordonné, qui fait...) de ces cellules endommage en effet les ions métalliques, empêchant la formation des enzymes. Pour contourner cette difficulté, l'équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) s'est concentrée sur la surface de la cellule.

Elle s'est intéressée au récepteur membranaire de l'adénosine (L'adénosine est un nucléoside formé lorsque l'adénine est attachée à un noyau ribose (sous forme de ribofuranose) via une liaison β-N9glucoside.) A2A, une 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 général, on parle de protéine lorsque la...) naturellement présente à la surface de neurones mais que les scientifiques ont ici fait s'exprimer à la surface de cellules rénales embryonnaires humaines. Les chimistes ont ensuite intégré, de façon stable et spécifique, un complexe métallique à une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...) qui se lie à ce récepteur. Ce complexe contenant du cuivre est connu pour catalyser la réaction de Diels-Alder, une réaction utilisée pour synthétiser des médicaments, des produits agrochimiques et de nombreuses autres molécules. Des tests expérimentaux montrent que cette métalloenzyme ancrée dans la membrane cellulaire catalyse elle aussi efficacement cette réaction de Diels-Alder. Or, à ce jour, encore aucune métalloenzyme naturelle, et aucune enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de...) humaine connue, n'était capable de catalyser cette réaction utile.

Cette découverte du potentiel des métalloenzymes artificielles associant des complexes métalliques à des récepteurs membranaires est par conséquent un grand pas en avant pour la catalyse in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par...). Des enzymes artificielles pourraient ainsi être conçues pour se lier aux protéines présentes uniquement par exemple sur les cellules cancéreuses et y produire le médicament pour les détruire sélectivement.

Références publication:
Wadih Ghattas, Virginie Dubosclard, Arne Wick, Audrey Bendelac, Régis Guillot, Rémy Ricoux, et Jean-Pierre Mahy
Receptor-Based Artificial Metalloenzymes on Living Human Cells
Journal of the American Chemical Society – Juin 2018
DOI: 10.1021/jacs.8b04326
JACS spotlight: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b06941

Contact chercheur:
Wadih Ghattas, ICMMO UMR8182, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay
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