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Un nouveau commutateur optique, permet de contrôler avec précision la durée de vie des copies génétiques. Celles-ci sont utilisées par la cellule comme instructions de construction, pour la production de protéines. Cette méthode a été mise au point par des chercheurs des universités de Bonn et de Bayreuth. Elle pourrait faire progresser de manière significative l’étude des processus dynamiques dans les cellules vivantes.

Un commutateur optique

Métaphoriquement parlant, chaque cellule humaine contient dans son noyau une immense bibliothèque, de dizaines de milliers de livres – les gènes. Chacun de ces livres contient à son tour les instructions de construction d’une protéine. Lorsque la cellule a besoin d’une certaine protéine, une transcription des instructions correspondantes est effectuée. Ces transcriptions sont appelées ARNm (l’ARN est une forme légèrement modifiée de l’ADN).
Un mécanisme cellulaire fait en sorte que les transcriptions d’ARNm soient à nouveau « déchiquetées » après un court laps de temps. Cela garantit que la protéine n’est produite qu’aussi longtemps qu’elle est réellement nécessaire. Il y a plusieurs décennies, des chercheurs ont eu l’idée d’utiliser ce broyeur à leurs propres fins.
En attachant un marqueur spécifique à certains ARNm, ils s’assurent que les transcriptions ne sont pas du tout utilisées comme instructions de construction, mais sont détruites immédiatement : un processus également connu sous le nom de « silence » de l’ARN. La cellule manque alors de la protéine correspondante. Il est ainsi possible de savoir de quelle fonction elle serait effectivement responsable.

Une molécule bactérienne comme interrupteur

L’approche que les groupes de Bonn et de Bayreuth est basée sur cette méthode. Cependant, elle est loin d’être aussi rudimentaire, mais permet un contrôle beaucoup plus différencié de la durée de vie des copies d’ARNm. « Nous utilisons une molécule bactérienne pour contrôler le déchiquetage des transcriptions d’ARNm à l’aide de la lumière », explique le professeur Günter Mayer, qui dirige le groupe de recherche en biologie chimique à l’Université de Bonn.
La molécule bactérienne portant l’abréviation PAL, agit comme une sorte d’interrupteur. Elle change de forme sous l’influence de la lumière bleue. Dans ce processus, une poche est exposée qui peut se lier à certaines molécules. « Nous avons fouillé dans une énorme bibliothèque de molécules d’ARN courtes produites artificiellement, appelées aptamères », explique M. Mayer. « Finalement, nous sommes tombés sur un aptamère qui correspond bien à la poche de la molécule PAL. »
Les chercheurs ont maintenant couplé cet aptamère à l’un des marqueurs moléculaires qui peuvent s’attacher aux ARNm et ainsi les libérer pour les dégrader. « Lorsque nous irradions la cellule avec une lumière bleue, PAL se lie au marqueur via l’aptamère et le met ainsi hors d’action », explique Sebastian Pilsl, un collègue de Mayer. « L’ARNm n’est alors pas détruit, mais traduit en la protéine correspondante. » Dès que les chercheurs éteignent la lumière bleue, PAL libère à nouveau le marqueur. Il peut maintenant s’attacher à l’ARNm, qui est alors déchiqueté.
Cela permettra à l’avenir aux chercheurs d’étudier exactement où et quand une protéine est nécessaire dans une cellule, simplement en immergeant une zone de la cellule dans une lumière bleue, à un certain moment et en examinant ensuite les conséquences. Dans l’étude actuelle, ils ont appliqué cette technique à des protéines qui jouent un rôle important dans la régulation du cycle cellulaire, et de la division cellulaire. Cette combinaison de l’aptamère et du marqueur de dégradation est introduite dans la cellule par le génie génétique. Cela signifie qu’il génère lui-même le signal de dégradation dépendant de la lumière ; il n’a pas besoin d’être alimenté de l’extérieur.

La transcription des gènes peut être spécifiquement désactivée

L’aptamère peut être combinée avec n’importe quel marqueur, chacun d’entre eux servant à son tour de signal de déchiquetage pour un ARNm spécifique. « Cette méthode peut donc être utilisée pour éteindre pratiquement toutes les molécules d’ARNm de la cellule de manière contrôlée », souligne le professeur Andreas Möglich de l’université de Bayreuth. Dans l’étude pilote récemment publiée, tout a fonctionné de manière simple et fiable. Les chercheurs voient donc un grand potentiel dans leur méthode, pour l’étude des processus dynamiques dans les cellules et organismes vivants.
Cette recherche a été publiée dans Nature Communications.
Source : University of Bonn
Crédit photo : StockPhotoSecrets