Une nouvelle sonde solvatochromique pourrait aider à faire la lumière sur la relation entre la fluidité de la membrane lipidique et diverses fonctions cellulaires, rapportent des scientifiques de l’Institut de technologie de Tokyo et de l’Université de Kyushu. Grâce à une conception innovante, la sonde proposée offre une stabilité remarquable, une faible toxicité et des propriétés fluorescentes exceptionnelles, permettant de visualiser les changements en temps réel dans l’ordre des membranes lipidiques au cours de processus complexes, tels que la division cellulaire.
Les conclusions sont publié dans la revue Science avancée.
Les membranes lipidiques sont plus que de simples barrières séparant les cellules et organites de leur environnement. Ils jouent également un rôle clé dans plusieurs fonctions cellulaires, telles que le mouvement cellulaire, l’échange de matériaux, la gestion des déchets et la détection.
En général, les membranes lipidiques accomplissent ces exploits à l’aide de protéines et d’autres molécules étroitement intégrées à la structure membranaire, modifiant souvent sa fluidité ou son ordre. En conséquence, l’étude de l’ordre des membranes lipidiques constitue un sous-domaine important de la biologie cellulaire, notamment parce que de nombreuses maladies peuvent provoquer ou être provoquées par des anomalies dans l’ordre des membranes lipidiques.
Pour visualiser la fluidité de la membrane lipidique, les scientifiques utilisent généralement des substances fluorescentes appelées sondes ou colorants solvatochromiques. Le terme « solvatochromique » signifie que la lumière émise par la molécule change de couleur en fonction de la polarité du milieu environnant.
Ainsi, lorsqu’ils sont introduits dans une membrane lipidique, la couleur émise par ces colorants dépend de l’ordre de la membrane lipidique, étroitement lié à la polarité. Cependant, les colorants solvatochromiques conventionnels sont confrontés à plusieurs défis, notamment une faible stabilité, de faibles émissions fluorescentes, une toxicité cellulaire et une dépendance à la lumière ultraviolette comme source d’excitation.
Dans l’étude, l’équipe de recherche de l’Institut de technologie de Tokyo et de l’Université de Kyushu, au Japon, a cherché à surmonter tous ces obstacles. Le groupe de recherche, dirigé par le professeur agrégé Gen-ichi Konishi de Tokyo Tech et le professeur Junichi Ikenouchi de l’Université de Kyushu, a développé un nouveau colorant solvatochromique qui pourrait révolutionner l’imagerie de l’ordre des lipides en temps réel.
Pour développer leur nouvelle sonde, l’équipe a d’abord étudié et comparé les propriétés photophysiques de plusieurs colorants différents. Après quelques essais et erreurs, ils ont opté pour une conception moléculaire particulière qui répondait à toutes leurs attentes. La version finale de la sonde, le 2-N,N-diéthylamino-7-(4-méthoxycarbonylphényl)-9,9-diméthylfluorène (FπCM), comprenait une structure planaire constituée d’une partie donneuse d’électrons et d’une partie accepteur d’électrons réunies par un pont π. Cette configuration facilite les transferts de charges intramoléculaires, essentiels pour définir les propriétés solvatochromes et fluorescentes de la molécule.
Les chercheurs ont évalué les performances du colorant proposé à travers une série complète d’expériences. Le FπCM a démontré des propriétés fluorescentes exceptionnelles et une stabilité chimique remarquable non seulement dans les solvants et les membranes lipidiques artificielles, mais également dans les conditions physiologiques des cellules vivantes.
L’un des aspects les plus attrayants du colorant proposé était sa photostabilité à long terme, comme le remarque le Dr Konishi : « Dans nos expériences, le FπCM pourrait persister pendant environ cinq heures, alors que le Prodan et le Laurdan, deux colorants solvatochromes bien établis, seraient persistants. complètement éteint en 30 minutes environ. Le fait que nous ayons utilisé une lumière laser confocale relativement intense suggère que le FπCM serait également résistant à la lumière intense provenant de divers appareils.
L’équipe a notamment pu observer avec succès la fluidité de la membrane lipidique pendant tout le processus de division cellulaire, ce qui implique que le FπCM est non toxique, contrairement à d’autres colorants solvatochromes de pointe. De plus, la sonde proposée peut être facilement modifiée pour produire des dérivés de FπCM ciblant des membranes lipidiques spécifiques, telles que celles trouvées dans les organites cellulaires comme les mitochondries et le réticulum endoplasmique.
« Nous pensons que l’étude de la corrélation entre l’activation des protéines membranaires en réponse à des stimuli et les transitions spatio-temporelles de fluidité membranaire fera la lumière sur les mécanismes sous-jacents à diverses fonctions membranaires », conclut le Dr Konishi. « Étant donné que l’imagerie en direct avec FπCM et les dérivés spécifiques aux organelles peut facilement être réalisée avec des microscopes confocaux conventionnels, l’ordre des membranes pourrait devenir une source d’informations standard et largement accessible pour les biologistes cellulaires. »
Avec un peu de chance, les propriétés exceptionnelles du FπCM aideront les biologistes à percer les secrets du fonctionnement interne des cellules.
Plus d’information:
Takuya Tanaka et al, Sondes solvatochromiques fluorescentes pour l’imagerie à long terme de l’ordre lipidique dans les cellules vivantes, Science avancée (2024). DOI : 10.1002/advs.202309721. onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202309721