Des sondes fluorescentes révèlent des barrières fluides dans les pores nucléaires de cellules humaines vivantes
Une étude publiée dans Nature montre comment des groupements sucrés et des récepteurs de transport maintiennent la fluidité du nanocanal cellulaire, au lieu qu'il ne durcisse en un gel solide.
Des chercheurs de l'université Johannes-Gutenberg de Mayence, de l'Institut Max-Planck de biophysique et de l'université de Wuhan ont mesuré pour la première fois la dynamique des protéines à l'intérieur des pores nucléaires de cellules humaines. Cette innovation biophysique montre que le nanocanal central reste à l'état fluide au lieu de se solidifier en un gel. Publiés dans Nature, ces résultats tranchent un débat ancien sur la manière dont les cellules filtrent sélectivement des dizaines de milliers de visiteurs moléculaires chaque minute.
Suivre le mouvement des protéines dans des nanocanaux vivants
Les noyaux des cellules humaines protègent leur information génétique derrière une double membrane perforée de milliers de canaux microscopiques. Le transport à travers ces portes est géré par un maillage protéique interne, mais les scientifiques ne s'accordaient pas sur la question de savoir si ce maillage se comportait comme un polymère étiré, un condensat liquide ou un gel rigide. Pour tester la structure dans des cellules humaines intactes grâce à une nouvelle innovation méthodologique, une équipe de recherche dirigée par l'université Johannes-Gutenberg de Mayence (JGU), l'Institut Max-Planck de biophysique (MPI-BP) de Francfort-sur-le-Main et l'université de Wuhan a fixé de minuscules sondes luminescentes directement sur les protéines du pore, comme le rapporte Phys.org.
En suivant la mobilité de ces colorants fluorescents, les chercheurs ont pu enregistrer directement l'état physique du canal. Les colorants se déplaçaient rapidement à l'intérieur de cellules actives, confirmant que le canal interne fonctionne comme un liquide. Le professeur Edward Lemke, professeur de biophysique synthétique à la JGU, qui a dirigé l'étude avec le professeur Gerhard Hummer du MPI-BP, a expliqué que la grande vitesse des marqueurs optiques témoignait d'un environnement fluide à l'intérieur du pore vivant.
« Pour la première fois, nous avons pu mesurer la dynamique intrinsèque des protéines à l'intérieur du nanocanal d'une cellule vivante et démontrer que l'intérieur de ce canal est de nature fluide »
— Professeur Edward Lemke, université Johannes-Gutenberg de Mayence
Pourquoi les filtres cellulaires évitent de se solidifier
Le comportement dynamique observé dans les cellules vivantes contrastait nettement avec les tests menés en éprouvette. Lorsque des protéines de pore isolées étaient étudiées in vitro sans facteurs cellulaires, le matériau durcissait systématiquement au bout d'environ deux heures pour former une structure dense rappelant un ours en gomme ou les agrégats protéiques observés dans les maladies d'Alzheimer et de Parkinson, selon Phys.org.
Pour éviter cette dégradation, les cellules vivantes déploient deux mécanismes biochimiques spécifiques. Les protéines de la barrière doivent être glycosylées, c'est-à-dire modifiées par des groupements sucrés qui empêchent les chaînes individuelles de trop s'agglomérer. Combinées à des récepteurs de transport actifs, les protéines reproduisaient dans les modèles de laboratoire le mouvement liquide et rapide mesuré dans les cellules intactes, selon les chercheurs.
Des simulations exascale cartographient le corridor de transport
La compréhension de l'état physique du pore a permis aux chercheurs du MPI-BP de construire un modèle computationnel détaillé du processus de filtration. Les calculs ont été effectués sur JUPITER, le premier supercalculateur exascale d'Europe, situé au centre de recherche de Jülich, comme le rapporte Phys.org. Les simulations répondaient à une énigme biologique classique : pourquoi le flux moléculaire semble plus rapide le long des bords du canal que le long de sa ligne médiane.
Bien que l'équipe de recherche n'ait pas annoncé de demande de brevet pour protéger la propriété intellectuelle de l'invention, son système de suivi optique fournit un cadre reproductible pour étudier les barrières de transport cellulaire. Clarifier comment des protéines désordonnées maintiennent des frontières fluides sans se solidifier donne aux chercheurs un point de référence pour étudier comment les virus pénètrent dans les noyaux et pourquoi des agrégations protéiques défectueuses surviennent dans les maladies dégénératives.
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Traduit automatiquement de l’original en anglais. Lire l’original
