Des modèles de signalisation cellulaire artificiels
Publié par Isabelle le 23/04/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS

Les systèmes de signalisation permettent à la cellule de percevoir son environnement et de répondre de manière appropriée pour favoriser son homéostasie et son bon développement. De nombreuses maladies humaines, dont le cancer et le diabète (Le diabète présente plusieurs formes, qui ont toutes en commun des urines abondantes (polyurie). Le mot « diabète » vient du grec ancien...), résultent d'erreurs dans ces systèmes, ce qui souligne le besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes...) de recourir à des outils performants pour les étudier afin de mettre au point (Graphie) des thérapies.

Traditionnellement, les méthodes de biochimie et de 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...) moléculaire sont utilisées pour analyser les voies de signalisation cellulaire en se concentrant uniquement sur leurs composantes individuelles. Toutefois, l'émergence des technologies en "-omique", telles que la génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à l'échelle du génome, et non plus...) et la protéomique, en plus de la biologie des systèmes, a permis de parvenir à une vision plus globale de la signalisation.

Pour comprendre les machines moléculaires impliquées dans les cascades de signalisation, il est nécessaire d'avoir un aperçu détaillé de leur architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) et de leurs interactions. Souvent, la faible abondance endogène ou l'hétérogénéité des tissus de certaines protéines entrave leur extraction, leur purification et l'élucidation de leurs structures. Les scientifiques doivent souvent recourir à la production recombinante et à la purification dans les systèmes de cellules hôtes hétérologues. Cependant, cette solution risque fréquemment d'entraîner un comportement non physiologique, et donc compromis, des spécimens étudiés.

La plupart des médicaments mis sur le marché par l'industrie pharmaceutique (L'industrie pharmaceutique est le secteur économique qui regroupe les activités de recherche, de fabrication et de commercialisation des médicaments pour la...) ciblent les cascades de signalisation pour soigner les maladies. Selon le consortium SynSignal financé par l'UE, les nouveaux outils qui reposent sur des approches de biologie synthétique pour étudier les nouveaux systèmes de signalisation pourraient contribuer à relever certains défis rencontrés dans le développement du produit.

Une approche synthétique de la signalisation

"Les circuits de signalisation des cellules synthétiques sont considérés comme analogues aux circuits électroniques", explique le coordinateur du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...), le Dr Imre Berger (Un berger (une bergère) est une personne chargée de guider et de prendre soin des troupeaux de moutons (quand il n'y a pas de complément de nom, il s'agit toujours de troupeaux de...). "Ce qui rend le système accessible à l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.)." Les partenaires de SynSignal ont conçu et fabriqué des modules de signalisation individuels et les ont assemblés in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus généralement, en dehors de l'organisme vivant ou de la cellule. Un exemple est la fécondation in vitro...) afin de produire des cascades synthétiques qui ressemblent étroitement aux processus naturels.

"Chaque élément du circuit, encodé par une séquence de l'ADN avec une structure et une fonction définies, est physiquement interchangeable avec des modules compatibles", poursuit-il. Les outils utilisés pour l'assemblage de l'ADN et la production de protéines présentaient un grand potentiel combinatoire (En mathématiques, la combinatoire, appelée aussi analyse combinatoire, étudie les configurations de collections finies d'objets ou les combinaisons d'ensembles finis, et les...) et pourraient être appliqués à différents types de signalisation.

Les membres du projet se sont concentrés sur la signalisation initiée après l'activation (Activation peut faire référence à :) des récepteurs couplés aux protéines G, une grande et intéressante famille de protéines membranaires impliquées dans de nombreux processus physiologiques, dont le goût (Pour la faculté de juger les belles choses, voir Goût (esthétique)) et l'odorat. Plus important, ces voies synthétiques ont servi de plateformes de dépistage (Le dépistage, en médecine, consiste en la recherche d'une ou de plusieurs maladies ou d'anomalies dites "à risques" chez les individus d'une population donnée. Ces investigations sont suivies ou non de consultations...) pour de nouveaux médicaments destinés à traiter des maladies telles que le cancer (Le cancer est une maladie caractérisée par une prolifération cellulaire anormalement importante au sein d'un tissu normal de l'organisme, de telle manière que la survie de...) et le diabète. De nouvelles méthodes bioanalytiques miniaturisées ont également été mises au point en recourant à la spectrométrie de masse (La spectrométrie de masse est une technique d'analyse chimique permettant de détecter et d'identifier des molécules d’intérêt par mesure de...) et à la cryomicroscopie électronique.

Des modèles mécaniques et des progiciels ont également contribué à l'analyse des voies de signalisation et à la conception des circuits de signalisation synthétique correspondants qui reproduisaient les fonctions naturelles. Les stratégies de lecture mises en place ont permis de découvrir des molécules. Elles ouvrent désormais la voie vers de nouvelles saveurs, et de nouveaux arômes et ingrédients nutritionnels.

Application de la boîte à outils de la signalisation synthétique

Dans l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...), le projet SynSignal a généré des plateformes de biologie synthétique innovantes, ainsi que des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) destinés à changer la manière dont nous découvrons et fabriquons de nouveaux produits et médicaments. "Grâce aux plateformes SynSignal, les voies de signalisation essentielles qui dictent les processus cellulaires pourront être modifiées, modulées et interférées avec plus d'efficacité", souligne le Dr Berger.

Le coût du développement du produit et le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) nécessaire aux nouveaux produits pour atteindre le marché seront également réduits. Qui plus est, ces réductions ouvriront de toutes nouvelles opportunités pour le développement de nouvelles classes de médicaments thérapeutiques puissants et efficaces, et faciliteront les avancées dans la biotechnologie (L’OCDE définit les biotechnologies comme "l’application de la science et de la technologie aux organismes vivants à d’autres matériaux vivants ou non vivants, pour la production...) industrielle et d'autres marchés de plusieurs milliards.

La politique d'innovation ouverte suivie par le consortium SynSignal permet aux entreprises pharmaceutiques et de biotechnologie industrielle européennes d'accéder à ses technologies de découverte de médicaments. Cet accès encouragera non seulement les avancées dans les sciences de la vie (La vie est le nom donné :), mais il apportera également des avantages concurrentiels à l'échelle mondiale. Alors que les systèmes de signalisation gagnent du terrain en dehors de l'industrie pharmaceutique, dans, par exemple, les industries des arômes et des produits nutritionnels, les outils générés étendent leur application au-delà des processus biomédicaux. En se tournant vers l'avenir, le Dr Berger anticipe "l'énorme potentiel de la biologie synthétique pour transformer un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de domaines essentiels ayant d'importants défis socio-économiques à relever, dont la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) verte, ainsi que la découverte et la fabrication de médicaments."

Pour plus d'information voir: consortium SynSignal
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