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Suivi du zinc dans les cellules pour le diagnostic du cancer de la prostate
Des scientifiques du Massachusetts Institute of Technology ont mis au point un nouveau capteur optique capable de suivre le zinc dans les cellules du corps, permettant aux chercheurs d’en savoir plus sur ses fonctions.
Le zinc est un minéral essentiel et se trouve dans tous les tissus du corps. Alors que la majorité du zinc est étroitement lié aux protéines, de petites quantités ne sont que faiblement liées, ou «mobiles».
On pense que ces ions de zinc mobiles sont essentiels au fonctionnement des organes, notamment du cerveau, du pancréas et de la prostate.
À ce jour, les scientifiques ne comprennent pas parfaitement le rôle du zinc dans les systèmes biologiques, mais les scientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT) pensent que leur capteur pourrait changer la donne.
Dans un article publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences, ils décrivent comment le capteur émet une fluorescence lorsqu'il se lie au zinc et peut être ciblé sur une organite spécifique dans une cellule, leur permettant d'établir où le zinc est le plus concentré.
Le capteur s'appuie sur Zinpyr1 (ZP1), une molécule développée à l'origine dans le même laboratoire du MIT il y a plus de 10 ans. ZP1 est basé sur un colorant appelé fluorescéine, mais dans le capteur, il est modifié pour devenir fluorescent uniquement lorsqu'il se lie au zinc.
Les scientifiques reconnaissent qu'ils ont eu du mal à cibler des structures spécifiques dans les cellules, et Robert Radford, postdoc au MIT et auteur de l'étude, explique:
"Nous avons eu un certain succès en utilisant des protéines et des peptides pour cibler les capteurs de zinc à petites molécules, mais la plupart du temps, les capteurs sont capturés dans les vésicules acides dans la cellule et deviennent inactifs."
Les scientifiques peuvent suivre la localisation du zinc dans les cellules et acquérir une meilleure compréhension du rôle joué par le minéral dans les cellules cancéreuses.
Pour surmonter ces obstacles, les chercheurs ont apporté deux modifications à la conception des capteurs. Tout d'abord, ils ont installé un anneau de protection réagissant au zinc, ce qui a modifié ses propriétés physiques et l'a rendu plus facile à cibler.
Ils ont également attaché une "étiquette d'adresse" au ZP1, la dirigeant vers les mitochondries. Cette étiquette, un dérivé du triphénylphosphonium, est à la fois chargée positivement et hydrophobe, et le capteur a pénétré avec succès dans les cellules. Cela a permis aux chercheurs de visualiser des pools de zinc mobile dans les mitochondries.
Christopher Chang, professeur de chimie et de biologie moléculaire et cellulaire à l'Université de Californie à Berkeley, qui ne faisait pas partie de l'équipe de recherche, a déclaré:
"Il s'agit d'un nouveau concept passionnant pour la détection utilisant une combinaison d'approches basées sur la réaction et la reconnaissance, qui ont des applications potentielles pour des diagnostics impliquant une erreur de régulation du zinc."
Le rôle du zinc dans les cellules cancéreuses de la prostate
Les scientifiques utilisent déjà le capteur pour les aider à comprendre pourquoi les taux de zinc, qui sont normalement très élevés dans la prostate, diminuent de façon spectaculaire dans les cellules cancéreuses de la prostate.
Radford continue:
"Nous pouvons utiliser ces outils pour étudier le trafic de zinc dans les cellules de la prostate, à la fois saines et malades. Nous essayons ainsi de comprendre comment les taux de zinc dans la cellule changent au cours de la progression du cancer de la prostate."
Selon les Centers for Disease Control and Prevention (CDC), le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquent chez les hommes américains et constitue l'une des principales causes de décès.
Les scientifiques du MIT étudient maintenant les moyens d’utiliser des capteurs fluorescents similaires pour créer un test de diagnostic, car le cancer de la prostate peut être traité s’il est détecté suffisamment tôt.
On sait que le zinc aide à stabiliser la structure des protéines et est le catalyseur de certaines réactions cellulaires. Dans la prostate, le zinc aide à accumuler le citrate, un composant du sperme.
À l'intérieur des mitochondries des cellules épithéliales de la prostate, le zinc est connu pour inhiber l'enzyme métabolique, l'aconitase. Les scientifiques pensent qu'en bloquant l'aconitase, le zinc raccourcit le cycle de l'acide citrique - la série de réactions nécessaires pour produire de l'ATP, la devise énergétique de la cellule.
La plupart de la production d'ATP se produit dans les mitochondries et l'équipe du MIT a émis l'hypothèse que lorsque les cellules prostatiques deviennent cancéreuses, elles bannissent le zinc, permettant aux cellules cancéreuses de produire l'énergie supplémentaire nécessaire à leur croissance et à leur division.
Radford explique:
"Si une cellule se divise de manière incontrôlable et nécessite beaucoup d'énergie chimique, alors elle ne voudrait certainement pas que le zinc interfère avec l'aconitase et empêche la production d'une plus grande quantité d'ATP."
Les scientifiques ont constaté que, bien que les cellules cancéreuses de la prostate aient absorbé le zinc, elles ne se sont pas accumulées dans la mitochondira, ce qui, selon elles, soutient la théorie.
D'autres études sur le rôle du zinc dans le corps
Les résultats suggèrent que dans les cellules saines, le zinc peut être transporté vers les mitochondries par une protéine non identifiée. Cela conduit les chercheurs à suggérer que dans les cellules cancéreuses, la protéine pourrait être inactivée.
De futures études sont prévues pour créer une palette de capteurs conçus pour cibler différents organites dans la cellule.
Les chercheurs concentrent désormais leurs efforts sur le rôle du zinc dans le cerveau, où il est considéré comme un neurotransmetteur. Ils étudieront le rôle du zinc dans l'audition, la vue et l'odorat.
Stephen Lippard, auteur principal et professeur de chimie Arthur Amos Noyes au MIT, conclut:
"L’identification de cibles intracellulaires pour le zinc mobile est une étape importante dans la compréhension de sa véritable fonction dans la signalisation biologique. Les étapes suivantes impliqueront la découverte de voies biochimiques spécifiques affectées par la liaison du zinc aux récepteurs des organites, telles que les protéines. élucider les changements fonctionnels structurels et connexes qui se produisent dans le processus. "
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