Mesurer les métabolites dans les cellules vivantes - Nouvel outil développé

Une nouvelle étude, publiée dans le numéro du 9 mars de Science , révèle que par l'ingénierie des cellules pour exprimer un ARN modifié appelé "Spinach", des chercheurs du Weill Cornell Medical College ont avancé dans la reproduction de métabolites à petites molécules, intermédiaires et produits du métabolisme cellulaire individuel dans des cellules vivantes. temps.
La découverte de la mesure du taux de production d'un métabolite est susceptible de transformer la compréhension du métabolome par les scientifiques et pourrait s'avérer bénéfique pour déterminer si une cellule est métaboliquement dysfonctionnelle comme dans le cancer ou pour développer des médicaments capables de rétablir une fonction normale des métabolites. Un métabolome se compose de milliers de métabolites qui fournissent des empreintes chimiques d'activité dynamique dans les cellules.
Le Dr Samie R. Jaffrey, professeur agrégé de pharmacologie au Weill Cornell Medical College, explique:

"La capacité de voir les métabolites en action nous offrira de nouveaux et puissants indices sur la manière dont ils sont modifiés dans la maladie et nous aidera à trouver des traitements capables de rétablir leurs niveaux à la normale."

Le chef de l'étude, le Dr Jaffrey dit:

"Les niveaux de métabolites dans les cellules contrôlent autant d'aspects de leur fonction, et de ce fait, ils fournissent un instantané puissant de ce qui se passe à l'intérieur d'une cellule à un moment donné."

Le fait que les cellules cancéreuses aient un métabolisme anormal est bien connu des biologistes. Les cellules anormales produisent un profil métabolique distinct en modifiant leur utilisation du glucose pour produire de l'énergie et produisent un produit de dégradation unique, tel que l'acide lactique. Dr. Jaffrey explique:

"La capacité de voir ces anomalies métaboliques peut vous dire comment le cancer pourrait se développer. Mais jusqu'à présent, la mesure des métabolites a été très difficile dans les cellules vivantes."

Le Dr Jaffrey et ses collègues ont prouvé qu'en utilisant des séquences d'ARN spécifiques, les niveaux de métabolites dans les cellules pouvaient être détectés. Ces ARN sont fondamentalement les mêmes que l'ARN de l'épinard qui émet une fluorescence verte dans les cellules. Les chercheurs ont modifié les ARN d'épinard de sorte qu'ils s'éteignent jusqu'à ce qu'ils rencontrent le métabolite auquel ils sont spécifiquement conçus pour se lier, ce qui provoque la fluorescence des épinards.
Ils ont ensuite développé des séquences d'ARN pour tracer cinq niveaux de métabolites cellulaires différents; la molécule d'énergie de la cellule, le produit de l'ATP, de l'ADP et de la SAM ou de la S-Adénosyl-méthionine, qui joue un rôle dans la méthylation qui contrôle l'activité des gènes. Jaffrey commente:

"Avant cela, personne n'a été en mesure de voir comment les niveaux de ces métabolites changent en temps réel dans les cellules."
Les chercheurs peuvent désormais mesurer les niveaux d'un métabolite spécifique dans une seule cellule, car il change en temps réel en délivrant l'ARN dans les cellules vivantes. Dr. Jaffrey dit:

"Vous pourriez voir comment ces niveaux changent dynamiquement en réponse aux voies de signalisation ou aux changements génétiques. Et vous pouvez dépister des médicaments qui normalisent ces anomalies génétiques. Un objectif majeur est d'identifier des médicaments qui normalisent le métabolisme cellulaire."

Cette approche est préférable à la méthode de détection des molécules dans les cellules vivantes en utilisant la protéine fluorescente verte (GFP), car il n'y a pas d'obstacles à surmonter. Même si les chercheurs peuvent utiliser la GFP et d'autres protéines pour détecter les métabolites si ceux-ci sont fusionnés à des protéines naturelles qui se lient au métabolite, cependant, dans certains cas, la liaison aux métabolites est capable de tordre les protéines. De plus, pour la plupart des métabolites, il n’existe pas de protéines pouvant être fusionnées à la GFP pour fabriquer des capteurs.
Cet obstacle peut être résolu en utilisant les ARN comme capteurs de métabolites. Jaffrey explique: "Ce qui est étonnant avec l'ARN, c'est que vous pouvez créer des séquences d'ARN qui se lient essentiellement à n'importe quelle petite molécule. Elles peuvent être fabriquées en quelques semaines." Une fois produites, ces séquences artificielles sont ensuite fusionnées à des épinards et exprimées en un seul brin d'ARN dans des cellules.
Jaffrey poursuit: "Cette approche pourrait potentiellement vous permettre de prendre n'importe quel métabolite à petites molécules que vous souhaitez étudier et de le voir dans les cellules." L'équipe a élargi la technologie pour identifier les protéines et autres molécules à l'intérieur des cellules vivantes.
Jaffrey indique que les scientifiques peuvent acquérir une meilleure connaissance de la biologie humaine en utilisant cette technologie pour de nombreuses maladies et conclut:

"Nous sommes très intéressés à voir comment les changements métaboliques dans les neurones du cerveau contribuent aux troubles du développement tels que l'autisme. Il y a beaucoup d'opportunités, en ce qui concerne ce nouvel outil."

Écrit par Petra Rattue