Des biologistes synthétiques de l’Université Rice et de l’Université de Princeton ont démontré une technologie de « journaliste en direct » qui peut révéler le fonctionnement des réseaux de protéines de signalisation dans les cellules vivantes avec une précision bien supérieure à celle des méthodes actuelles. L’outil de création de rapports, le premier du genre, peut montrer, par exemple, la rapidité avec laquelle les réseaux de signalisation répondent et comment leurs réponses varient d’une cellule à l’autre dans le temps et dans l’espace.
Les chercheurs ont créé l’outil en utilisant des protéines discrètes qui s’appuient sur un mécanisme de signalisation essentiel que les cellules humaines utilisent pour réguler la croissance, la différenciation, la migration, l’inflammation et d’autres processus.
Dans l’étude, récemment publiée dans la revue en libre accès eViel’équipe Rice-Princeton a démontré son approche modulaire pour marquer les récepteurs tyrosine kinases (RTK) avec des protéines reporters qui activent les protéines fluorescentes vertes chaque fois que leurs partenaires RTK deviennent phosphorylés.
Les kinases sont des enzymes qui peuvent modifier le comportement d’autres protéines en fixant ou en détachant des groupes phosphate, un processus appelé phosphorylation. Les RTK sont des kinases spécialisées qui deviennent elles-mêmes phosphorylées lorsqu’elles détectent des signaux ou des stimuli entrants à l’extérieur de la cellule, puis régulent les fonctions cellulaires vitales.
L’équipe a montré que le système « live reporter » pouvait être utilisé avec un microscope pour produire un enregistrement vidéo de l’activité du réseau de signalisation dans les cellules vivantes. Où les cellules brillent et avec quelle luminosité, révèle l’emplacement et l’intensité de la réponse du réseau de signaux, a déclaré Caleb Bashor, co-auteur correspondant de l’étude et professeur adjoint de bioingénierie et de biosciences à Rice.
Timelapse de iRFP-ZtSH2 dans des cellules NIH3T3 co-exprimant iRFP-ZtSH2 et EGFR-CD3ε-FusionRed. Les cellules ont d’abord été traitées avec de l’EGF (100 ng/mL) puis traitées avec du gefitinib (10 µM) aux moments indiqués dans la vidéo. Crédit: eVie (2023). DOI : 10.7554/eLife.82863
« La plupart du temps, lorsque vous étudiez des choses qui se passent à l’intérieur des cellules, comme les réseaux de signalisation ou les réseaux de gènes, vous devez détruire les cellules afin d’examiner leur contenu », a déclaré Bashor. « Chaque fois que vous pouvez construire quelque chose où les cellules restent en vie et que vous pouvez voir comment le réseau de signalisation fonctionne en temps réel, à l’intérieur de la cellule, c’est un grand avantage. »
Les chercheurs ont surnommé les reporters pYtags, en référence à la nomenclature biochimique où la tyrosine est notée « Y » et « pY » lorsqu’elle est phosphorylée.
Bashor et Xiaoyu Yang, titulaire d’un doctorat. étudiant dans le groupe de recherche de Bashor, a développé des pYtags en collaboration avec les groupes de recherche de Jared Toettcher et Celeste Nelson de Princeton. L’étude a montré que le système pouvait enregistrer l’activité des RTK appelés récepteurs du facteur de croissance dans les fibroblastes humains.
« Nous prenons une protéine modifiée qui fait partie d’un système différent – cela fait en fait partie de la signalisation immunitaire – et nous la plaçons dans ce nouveau contexte, à savoir les cellules fibroblastes avec lesquelles Jared travaille dans son laboratoire à Princeton », a déclaré Bashor. « Nous pensons qu’il n’interagit probablement avec rien d’autre dans la cellule car il provient d’un type de cellule complètement différent. Donc, il traîne juste à l’extrémité du récepteur du facteur de croissance. »
Le rapporteur pYtag est conçu pour co-activer avec son partenaire RTK et déclencher une quantité proportionnelle de fluorescence. Ainsi, plus la réponse RTK est forte, plus la cellule brille lorsqu’elle est vue au microscope.
« Il peut recevoir ce signal de phosphorylation du récepteur du facteur de croissance », a déclaré Bashor. « Ainsi, lorsque le récepteur est activé, la protéine fluorescente verte entre, se lie à quelque chose de proche de la membrane, et vous obtenez ce qui ressemble à cet anneau vert autour de l’extérieur de la cellule. Cela vous indique, en temps réel, quand le les cellules voient le facteur de croissance et la vitesse à laquelle la voie s’active. »
Bashor a déclaré que les pYtags pourraient être utilisés pour surveiller de nombreux types de récepteurs de tyrosine kinase.
« Nous montrons dans l’article que ce journaliste pourrait être placé sur plusieurs types de récepteurs de facteurs de croissance différents, et qu’il pourrait être utilisé comme journaliste pour chacun d’eux », a-t-il déclaré. « C’est une fenêtre sur la dynamique de la signalisation cellulaire que nous n’avions vraiment pas auparavant. »
Plus d’information:
Payam E Farahani et al, les pYtags permettent des mesures spatio-temporelles de la signalisation du récepteur tyrosine kinase dans les cellules vivantes, eVie (2023). DOI : 10.7554/eLife.82863