Organelles artificielles à base de nanoparticules de protéines hybrides

La compartimentation est l’une des principales stratégies par lesquelles la nature permet de contrôler de nombreux processus biologiques. Pour le bon fonctionnement des cellules vivantes, les organites, petits compartiments au sein de la cellule, sont indispensables. Les chercheurs travaillent sur des moyens de fabriquer des organites artificiels qui ajoutent de nouvelles fonctionnalités aux cellules ou corrigent les processus dysfonctionnels dans les cellules, par exemple en tant que thérapie pour les maladies métaboliques. Ceci peut être réalisé en utilisant des composants synthétiques pour produire des organites artificiels à l’extérieur de la cellule ou en utilisant des composants fabriqués dans la cellule. Et c’est cette dernière approche que Suzanne Timmermans a explorée pour son doctorat. la recherche grâce à l’utilisation de nanoparticules de protéines.

Domaines de stabilisation

Pour son doctorat. recherche, Suzanne Timmermans a utilisé des nanoparticules de protéines pour développer des organites artificiels qui pourraient faire de nouveaux travaux dans la cellule. Ces particules microscopiques sont composées de capsides virales (les enveloppes protéiques des virus) auxquelles un domaine protéique stabilisant a été ajouté.

Timmermans a démontré que les nanoparticules sont stables sur des durées prolongées dans des conditions comparables à celles à l’intérieur des cellules. Ceci est crucial pour le bon fonctionnement d’un organite artificiel, car il serait très destructeur s’il se désintégrait et perdait sa fonction à l’intérieur de la cellule. De plus, les domaines stabilisants permettent aux nanoparticules de réagir à leur environnement en modifiant leur taille. Les processus naturels dans la cellule démontrent souvent un tel comportement réactif, il est donc très important d’imiter cela.

Composant actif

Pour avoir une fonction particulière dans la cellule, un organite artificiel doit contenir un composant actif. Les enzymes sont d’excellents candidats, car ces catalyseurs protéiques peuvent être produits par les cellules, ils sont naturellement actifs à l’intérieur des cellules et de nombreuses enzymes avec toutes sortes de fonctionnalités sont connues.

Les nanoparticules de protéines utilisées par Timmermans sont constituées d’un noyau vide. Elle a démontré qu’il est possible d’encapsuler des enzymes dans ce noyau. Ceci a été réalisé à la fois à l’extérieur des cellules et à l’intérieur des cellules vivantes. Plus précisément, cette dernière découverte est très prometteuse pour le développement d’un organite artificiel.

Effet bénéfique sur et à l’intérieur des cellules

Enfin, Timmermans a évalué si les organites artificielles ont un effet bénéfique sur et à l’intérieur des cellules. Premièrement, elle a utilisé l’activité des enzymes encapsulées pour la production d’un composé qui pourrait être utilisé par la cellule pour produire une certaine protéine. Ensuite, elle a évalué si l’encapsulation à l’intérieur de l’organite artificielle pouvait protéger l’enzyme d’une dégradation rapide par les soi-disant protéases. Cet aspect du projet s’est avéré très difficile à prouver, et ce projet est toujours en développement.

Dans l’ensemble, les recherches de Timmermans ont fait progresser les connaissances sur le développement d’organites artificielles produites à l’intérieur des cellules. Des défis importants qui doivent encore être surmontés sont la réalisation de l’activité des organites artificielles à l’intérieur des cellules, la régulation de cette activité par des signaux spécifiques et la détection des organites à l’intérieur des cellules. En collaborant avec différentes disciplines scientifiques et en utilisant les développements qui ont été réalisés avec d’autres nanoparticules protéiques, Timmermans espère que ces obstacles pourront être surmontés à l’avenir.