Cristaux de mScarlet produit par la technique du microensemencement © Sylvain Aumonier / ESRF
Cristaux de mScarlet produit par la technique du microensemencement © Sylvain Aumonier / ESRF
Sciences et technologies
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Des chercheurs de l’Université d’Amsterdam, de l’ESRF, le synchrotron européen de Grenoble et de l’Institut de Biologie Structurale (CEA / CNRS / Université Grenoble Alpes), ont réussi à créer la plus brillante des protéines rouges fluorescentes, baptisée “mScarlet”. mScarlet est capable d’éclairer les cellules vivantes de l’intérieur et ainsi d'étudier les interactions entre protéines avec un niveau de sensibilité inégalée. La découverte de mScarlet représente un enjeu majeur pour l’imagerie cellulaire et devrait ouvrir de nouvelles perspectives pour les chercheurs travaillant sur les cancers et les cellules souches. Les résultats de cette découverte ont été publiés dans Nature Methods.
Les protéines fluorescentes (FP) sont très utilisées en imagerie cellulaire comme des marqueurs biologiques. On peut les comparer à des balises lumineuses que les scientifiques attachent à une protéine. Elles permettent de rendre visible et de suivre les mouvements et interactions des protéines à l’intérieur d’une cellule vivante, sous microscope. Depuis le début des années 1990, les protéines fluorescentes sont devenues des outils indispensables en biosciences, permettant d’observer des processus auparavant invisibles, comme le développement des cellules nerveuses dans le cerveau ou la propagation des cellules cancéreuses dans le corps.

De nombreuses équipes de recherche dans le monde tentent de créer et d’optimiser des centaines de protéines fluorescentes de différentes couleurs. En effet, plus on utilise de couleur, plus on peut suivre de processus en simultané. Certains de ces biomarqueurs, comme la première protéine fluorescente verte (la GFP) ont été trouvés dans la nature (chez une méduse dans le cas de la GFP); mais de nombreux autres, comme les protéines fluorescentes bleue, cyan et jaune, ont été créées in-vitro. En 1999, une protéine fluorescente rouge a été découverte dans les coraux. Cependant, les scientifiques n’avaient pas réussi, jusqu’à maintenant, à optimiser la façon dont cette protéine produisait une lumière brillante rouge au sein d’une cellule.

La découverte de mScarlet a été une longue aventure pour les biologistes de l’Université d’Amsterdam, les chercheurs de l’ESRF et de l’Institut de Biologie Structurale à Grenoble. Après 4 années de recherche, et de nombreux ajustements, ils ont créé une nouvelle protéine, baptisée mScarlet, avec un record de brillance et une durée de fluorescence inégalée de 3,9 nanosecondes.

Le groupe de chercheurs dirigés par Dorus Gadella, Professeur de cytologie moléculaire à l’Université d’Amsterdam, a créé mScarlet en comparant les propriétés génétiques d'une gamme de protéines fluorescentes rouges provenant des coraux. Ils ont identifié des séquences qui apparaissaient de façon systématique dans les codes génétiques, et semblaient donc indispensables.

Les scientifiques ont relié ces séquences de codes génétiques à d’autres et ainsi synthétisé un brin d’ADN complet. Ils ont ensuite introduit cet ADN dans une bactérie, qui le convertit en protéine. Ils ont étudié la luminosité de chaque protéine modifiée, mesurant leur durée de vie de fluorescence au sein d’une cellule vivante sous microscope, afin d'identifier les protéines dont les propriétés avaient été améliorées.

Après avoir créé mScarlet, l’équipe de biologistes d’Amsterdam a envoyé ces protéines fluorescentes à l’Institut de biologie Structurale de Grenoble. L’équipe de biologie structurale dirigée par Antoine Royant - chercheur CNRS et collaborateur scientifique à l’ESRF - et incluant deux autres scientifiques de l'ESRF, a d’abord produit des cristaux de ces protéines par la technique du microensemencement afin qu’ils diffractent au mieux, puis les ont soumis aux rayons X du synchrotron ESRF, sur la ligne de lumière ID29, pour comprendre la structure moléculaire de la protéine. Antoine Royant a ainsi pu identifier la clé de brillance de mScarlet. “Nous avons découvert que l’intensité de la fluorescence de mScarlet était due au fait que le chromophore, le «cœur» de la protéine à l'origine de l'émission de lumière rouge, est stabilisé dans une disposition plane, rigide, et ce, de par l’arrangement structural de la protéine autour de lui."

Grâce à la brillance de cette nouvelle protéine, les chercheurs espèrent que de nombreuses recherches pourront être réalisées en imagerie cellulaire, notamment dans le domaine de la recherche sur les cellules souches ou les cancers, avec des niveaux de précision et de détail sans précédent. mScarlet peut ainsi permettre d’aider les scientifiques à mieux comprendre la perturbation de processus biologiques telle qu’une division cellulaire imprévue dans le cas de cellules cancéreuses. Comme l’explique Dorus Gadella, professeur de l'Université d'Amsterdam et auteur correspondant de cette étude : "Tout comme certains étudient les étoiles et préparent de futurs voyages sur Mars, nous explorons l'univers des protéines qui régulent les processus cellulaires dans notre corps."

Publié le 30 novembre 2016
Mis à jour le 10 février 2017

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