Les forces physiques des cellules en action
Publié par Isabelle le 14/02/2019 à 14:00
Source: Université de Genève (UNIGE)
Des scientifiques suisses ont mis au point des sondes conçues pour révéler les forces physiques à l'oeuvre à l'intérieur des cellules vivantes. Une première mondiale.


Structure moléculaire de l'outil chimique à gauche: en bleu, les zones pauvres en électrons, en rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.), les zones riches en électrons qui changent de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) comme les crevettes pendant la cuisson (milieu, inspiration du marché du poisson (Dans la classification classique, les poissons sont des animaux vertébrés aquatiques à branchies, pourvus de nageoires et dont le corps est le plus...) de Barcelone) pour révéler les forces physiques à l'intérieur des cellules vivantes (à droite, ici réticulum endoplasmique et enveloppe nucléaire). © UNIGE

La détection des forces physiques est l'un des défis les plus complexes à résoudre pour les sciences. Bien que la pomme (La pomme est le fruit du pommier, arbre fruitier largement cultivé. L'étude de la culture des pommes constitue une partie de la pomologie, la...) de Newton ait résolu le problème de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) depuis longtemps, révéler les forces physiques qui agissent à l'intérieur des cellules vivantes demeure l'un des principaux défi de la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de...) actuelle. Pourtant considérées comme jouant un rôle décisif dans de nombreux processus biologiques, aucun outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par...) chimique permettant de visualiser ces forces physiques en action n'existait à ce 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....). Mais aujourd'hui, des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Genève (UNIGE) et du Pôle National 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 scientifique...) (PRN) Biologie Chimique ont mis au point (Graphie) des sondes qui pénètrent dans les cellules, inspirées par le changement de couleur qui se produit lors de la cuisson du homard (Le homard est un crustacé décapode, vivant dans la mer. Le genre Homarus comprend deux espèces :). Pour la première fois, des forces physiques peuvent être imagées en direct à l'intérieur des cellules. Ces résultats, véritable tournant dans l'étude des sciences de la vie (La vie est le nom donné :), sont à lire dans le Journal of the American Chemical Society.

La détection des forces physiques cellulaires est l'un des objectifs centraux du PRN Biologie Chimique depuis sa création en 2010. "Notre approche pour la création de sondes de tension (La tension est une force d'extension.) a été inspirée par le changement de couleur des crevettes, crabes ou homards pendant la cuisson", s'amuse (Amuse est un préparateur automobile tout comme HKS ou Blitz, qui prépare des voitures.) Stefan Matile, professeur au Département de chimie organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les...) de la Faculté des sciences de l'UNIGE et membre du PRN. Chez les crevettes vivantes, les forces physiques exercées par les protéines environnantes aplatissent et polarisent le pigment caroténoïde, appelé astaxanthine, jusqu'à ce qu'il devienne bleu. "Pendant la cuisson, ces protéines se déplient, permettant ainsi au pigment du homard de reprendre sa couleur naturelle orange foncé", continue le chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique ("supra-atomique"). Le mot chimiste est dérivé d'alchimiste mais prend un...) genevois. Inspiré par ces crustacés (Les crustacés (Crustacea) sont des arthropodes, c'est-à-dire des animaux dont le corps est revêtu d’un exosquelette chitinoprotéique appelé cuticule et...), le développement de sondes fluorescentes fonctionnant sur le même principe a nécessité environ huit années de recherche.

Les sondes de force externes ont fait leurs preuves

L'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) dernière, les équipes du PRN ont finalement réalisé la première 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....) fluorescente capable d'imager les forces agissant sur la membrane externe des cellules vivantes, appelée membrane plasmique. Les demandes d'échantillons provenant de plus de 50 laboratoires du monde (Le mot monde peut désigner :) entier en réponse immédiate à la divulgation de ces résultats témoignent de l'importance de cette percée pour les sciences de la vie. Pour répondre à cette demande, les sondes de force de l'UNIGE ont été commercialisées sous la marque Flipper-TR® à la fin de l'année dernière et détiennent la première place en termes d'indicateurs de performance.

Et pour les forces internes des cellules ?

L'étude des forces qui s'appliquent à l'extérieur des cellules ne se limite pas aux outils chimiques de l'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...) par 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 matériau.). Les surfaces cellulaires sont accessibles à d'autres outils physiques tels que les micropipettes, les pinces optiques, les lames ressorts de microscopes à force atomique, etc. "Mais ces outils physiques ne sont évidemment pas utilisables pour l'étude des forces s'exerçant à l'intérieur des cellules", relève Aurélien Roux, professeur au Département de biochimie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et membre du PRN. "Les organites tels que les mitochondries, responsables de la production 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.), le réticulum endoplasmique, responsable de la synthèse des protéines, les endosomes, responsables du trafic de matériel vers et dans les cellules ou encore le noyau, qui stocke les informations génétiques, sont tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) simplement hors de portée des outils physiques venus de l'extérieur", spécifie-t-il. La visualisation des forces qui pilotent et contrôlent ces organites à l'intérieur même des cellules était donc impossible, bien qu'essentielles pour comprendre leur fonction, jusqu'à aujourd'hui !

Ce défi fondamental dans le domaine des sciences de la vie est maintenant relevé. L'équipe du PRN, dirigée par Stefan Matile, Aurélien Roux et Suliana Manley, professeure à 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...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) de l'EPFL et membre du PRN, a réussi à développer et faire entrer dans les cellules ces sondes et à marquer sélectivement les différents organites. Les chercheurs sont donc à présent capables de montrer, par exemple, comment la tension monte dans les mitochondries qui commencent à se diviser. "Pour la toute première fois, des forces physiques peuvent être imagées en direct à l'intérieur des cellules", s'enthousiasme Aurélien Roux. Ce nouvel outil chimique permet enfin aux scientifiques de réaliser ce qu'ils voulaient faire depuis très longtemps. "Ces nouvelles sondes nous offrent aujourd'hui la possibilité de décomposer les mécanismes de la mécanobiologie et ainsi de révolutionner littéralement l'étude des sciences de la vie", conclut Stefan Matile.

Contacts chercheurs:
- Aurélien Roux - Professeur associé au Département de biochimie, Faculté des sciences
- Stefan Matile - Professeur ordinaire au Département 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...) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.), Faculté des sciences

Références publication:
Cette recherche est publiée dans Journal of the American Chemical Society, DOI: 10.1021/jacs.8b13189
Page générée en 0.197 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique