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Observer l’activité de protéines dans le noyau de cellules humaines vivantes

Illustration : Représentation tridimensionnelle d'un noyau cellulaire après électroporation des cellules avec des anticorps marqués de manière fluorescente se liant à l'ARN polymérase II (sphères vertes) visualisés par microscopie à super-résolution 3D SIM.

13 février 2018

Visualiser sans perturber des structures et des processus se déroulant dans le noyau de cellules vivantes est maintenant possible grâce à une technique innovante mise au point par l’équipe de Laszlo Tora à l’IGBMC (CNRS/Inserm/Unistra) en étroite collaboration avec Etienne Weiss à l’Institut de Recherche de l’ESBS (CNRS/Unistra). Cette méthode permet d’introduire, efficacement et sans endommager les cellules, des anticorps marqués avec des petites molécules fluorescentes. Dans le cytoplasme des cellules, ces anticorps fluorescents se lient à leur antigènes ou cibles. Lorsque la cible est une protéine nucléaire, les anticorps sont transportés avec la cible dans le noyau, ce qui permet aux chercheurs de localiser et de suivre les mouvements de cette protéine nucléaire avec haute précision et en temps réel. Les résultats de cette étude sont publiés le 12 février 2018 dans le journal américain « Journal of Cell Biology » 

 

La détection des protéines par immunofluorescence est une technique très utilisée depuis bien des années. Les protéines sont alors identifiées avec des anticorps couplés à des composés fluorescents détectables par microscopie. L’inconvénient de ce procédé est qu’il faut fixer et perméabiliser les cellules, ce qui risque de les endommager, pour permettre l’entrée des anticorps marqués. De plus, le fait de devoir figer les cellules ne permet pas d’observer la progression d’un mécanisme biologique.

 

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs des équipes de Laszlo Tora et de d’Etienne Weiss ont développé une méthode ingénieuse leur permettant d’observer des mécanismes de l’expression des gènes dans le noyau des cellules vivantes, sans fixer ni altérer les cellules observées. Ainsi, plusieurs anticorps marqués avec des composés fluorescents et qui se lient précisément à des facteurs nucléaires ont été introduits dans les cellules à l’aide d’un micro-choc électrique qui ne modifie pas la physiologie des cellules. Lorsque ces anticorps sont dans le cytoplasme, ils se lient aux facteurs nucléaires qui sont produits dans ce compartiment cellulaire. Comme ces facteurs sont naturellement transportés au noyau pour exercer leur fonction, les anticorps sont emmenés au noyau grâce à leur fixation à ces facteurs nucléaires. « Les anticorps, qui se lient à ces facteurs nouvellement synthétisés, sont transportés dans le noyau de la cellule comme des petits sacs-à-dos et dans cet espace, comme ils sont marqués avec des fluorochromes de n’importe quelle couleur, ils vont envoyer un signal permettant d’observer les facteurs nucléaires auxquels ils sont liés », explique Laszlo Tora. De plus, cette visualisation de facteurs nucléaires dans les cellules vivantes est très efficace car chaque anticorps peut être marqué avec cinq à sept molécules fluorescentes. Les cellules ainsi traitées ont été observées avec un microscope confocal et, en collaboration avec le Centre d’Imagerie de Bâle, avec un microscope à très haute résolution, le 3D-SIM. Observer avec précision des protéines qui ont une activité nucléaire au cours du cycle cellulaire permet de se rendre compte de leur dynamique et mouvement dans le noyau des cellules vivantes. Les chercheurs ont également montré que cette stratégie permet de détecter en temps réel l’apparition et la prise en charge de cassures de l’ADN dans le noyau. En utilisant un fragment d’anticorps qui a les mêmes propriétés qu’un anticorps complet et qui cible un acteur majeur du déclenchement de la réparation de l’ADN, les chercheurs ont pu révéler les zones dans le noyau où l’ADN des cellules est endommagé par une substance à l’origine de modifications du génome, appelée agent génotoxique.

 

Compte-tenu du grand nombre d’anticorps disponibles sur le marché, cette méthode simple et innovante va sans nul doute permettre d’obtenir de nouvelles informations concernant les protéines nucléaires et de mieux comprendre leur comportement pour la transmission et le maintien de l’intégrité de l’information génétique.

 

Cette étude a été financée par l’ANR, l’ERC, la Ligue régionale contre le cancer, le LabEx INRT et l’IdEx.

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