Est-il possible de contrôler le comportement d’un animal ou d’une cellule grâce à la lumière ? Ces dernières années, des progrès remarquables en optogénétique ont été réalisés alors que les méthodes de recherche se rapprochent de cet objectif.
Un groupe de recherche dirigé par les professeurs Mitsumasa Koyanagi et Akihisa Terakita de la Graduate School of Science, et le professeur Eriko Kage-Nakadai de la Graduate School of Human Life and Ecology de l’Université métropolitaine d’Osaka a révélé un nouveau système qui leur permet de contrôler le comportement des le ver nématode, Caenorhabditis elegans, en utilisant deux protéines différentes sensibles à la lumière appelées opsines.
La recherche est publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.
Une opsine sensible à la lumière isolée des moustiques a été introduite dans les cellules sensorielles de C. elegans responsables du comportement d’évitement qui fait que le ver s’éloigne après avoir détecté un stimulus chimique ou physique. Le groupe a découvert que l’exposition des vers à la lumière blanche déclenchait ce comportement d’évitement, avec une sensibilité environ 7 000 fois supérieure à celle observée avec la channelrhodopsine-2, une protéine optogénétique courante.
De même, une opsine sensible aux UV trouvée pour la première fois dans l’organe pinéal des lamproies a été introduite dans les motoneurones de C. elegans. Après cela, les vers ont cessé de bouger lorsqu’ils ont été exposés à la lumière UV et ont recommencé à bouger lorsqu’ils ont été exposés à la lumière verte. Ce comportement stop-start a été répété plusieurs fois, basculant entre les lumières UV et vertes, indiquant que l’opsine pouvait être activée et désactivée sans détruire la protéine.
« Les opsines de moustique et de lamproie que nous avons utilisées sont des membres de la famille des récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) – qui sont utilisés pour détecter divers stimuli, notamment l’odeur, le goût, les hormones et les neurotransmetteurs – démontrant que ce système utilisant la lumière peut être utilisé pour manipuler divers GPCR et leur signalisation intracellulaire et leurs réponses physiologiques », a déclaré le professeur Koyanagi.
Il est important de noter que les deux opsines testées sont bistables, ce qui signifie qu’elles peuvent basculer entre des formes stables lorsqu’elles sont actives et inactives sans photoblanchiment ni décomposition, ce qui leur permet d’être réutilisées après avoir absorbé une longueur d’onde de lumière différente. La différence entre les longueurs d’onde des lumières UV et vertes est suffisamment grande pour que l’opsine inactive sensible aux UV puisse récupérer, permettant un contrôle optogénétique marche-arrêt dépendant de la couleur de la signalisation GPCR.
« L’outil optogénétique haute performance basé sur les opsines GPCR animales bistables rapporté ici est une percée, non seulement dans un large éventail de recherches biologiques, mais pourrait contribuer au domaine de la découverte de médicaments où il a déjà reçu une attention considérable », a conclu le professeur Terakita. .
Plus d’information:
Mitsumasa Koyanagi et al, Contrôle optique haute performance de la signalisation GPCR par les opsines animales bistables MosOpn3 et LamPP d’une manière dépendante des propriétés moléculaires, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2204341119