Les molécules de protéines dans les cellules agissent comme des antennes miniatures


Les molécules de protéines dans les cellules agissent comme des antennes miniatures

Cristal d’une protéine fluorescente rouge placé dans un instrument combiné composé d’un microscope à fluorescence et d’un diffractomètre à rayons X. Le cristal devient rouge lorsqu’il est éclairé par un faisceau laser bleu. Crédit photo: Petr Pachl / IOCB Prague

chercheurs dirigés par Josef Lazar de l’Institut de chimie organique et de biochimie de l’Académie tchèque des sciences (IOCB Prague) ont montré que molécules de protéines fluorescentes agissent comme des avec des propriétés optiques (c’est-à-dire la capacité d’absorber et d’émettre de la ) en En fonction de leur espace, les travaux d’orientation. Les protéines fluorescentes, découvertes pour la première fois dans les méduses, sont maintenant largement utilisées dans les études des processus moléculaires dans les cellules et organismes vivants. Les propriétés nouvellement décrites de ces molécules seront utilisées à la fois dans la recherche biologique fondamentale et dans la recherche de nouveaux médicaments. Une équipe de chercheurs de l’IOCB Prague, de l’Institut de microbiologie et de l’Institut de génétique moléculaire de l’Académie tchèque des sciences a publié les résultats dans la revue Procédure de l’Académie nationale des sciences.

Pour atteindre ces résultats, les chercheurs ont produit des quantités suffisantes de protéines fluorescentes à l’aide de bactéries génétiquement modifiées, identifié les conditions dans lesquelles les protéines forment des cristaux et déterminé la structure atomique des cristaux. À l’aide d’un microscope unique développé au sein du groupe, ils ont ensuite mesuré la façon dont ces cristaux absorbent et émettent la lumière et ont calculé les propriétés directionnelles des molécules individuelles à partir des données. De cette manière, ils ont pu vérifier si les molécules de protéines fluorescentes ne se comportent pas comme de minuscules points de luminescence, comme on les suppose souvent à tort, mais comme des antennes . Semblables aux antennes pour la radio, le WiFi et la télévision, ces molécules n’absorbent la lumière que de certaines directions. Ils n’émettent également de la lumière que dans certaines directions. Les chercheurs ont également réussi à identifier ces directions.

La possibilité que les molécules de protéines fluorescentes se comportent comme des antennes capables d’absorber la lumière étrangère a été suggérée, mais elle s’est longtemps révélée difficile à confirmer, ce qui a limité ses applications. Les obstacles ont été surmontés par Josef Lazar de l’IOCB Prague et son équipe, spécialisée dans le développement et l’application de méthodes avancées de microscopie optique.

Les molécules de protéines dans les cellules agissent comme des antennes miniatures

Cristal d’une protéine fluorescente rouge placé dans un instrument combiné composé d’un microscope à fluorescence et d’un diffractomètre à rayons X. Le cristal devient rouge lorsqu’il est éclairé par un faisceau laser bleu. Crédit photo: Petr Pachl / IOCB Prague

« Sur la base des résultats d’autres et de nos propres laboratoires, nous soupçonnons que les molécules de protéines fluorescentes agissent probablement comme des antennes. Pourtant, nous avons été surpris de voir à quel point cette analogie est vraie et avec quelle précision nous avons pu déterminer les directions de ces molécules à la lumière. absorber et émettre », explique Josef Lazar.

Le fait que les molécules de protéines fluorescentes agissent comme des antennes miniatures est non seulement intéressant par curiosité de la physique, mais peut également avoir des applications pratiques importantes. Attacher une protéine fluorescente à une autre protéine d’intérêt signifie y attacher une antenne miniature qui peut ensuite être utilisée pour détailler les changements de forme des molécules de la protéine d’intérêt directement dans une cellule vivante. De telles modifications de la forme moléculaire peuvent être induites, par exemple, par un médicament. La présente découverte trouvera donc une application dans l’étude d’importants processus physiologiques au niveau moléculaire ainsi que dans la découverte de nouveaux médicaments.

Les molécules de protéines dans les cellules agissent comme des antennes miniatures

Cristaux de la protéine fluorescente mTurquoise2 du point de vue d’un microscope optique. Crédit photo: Josef Lazar / IOCB Prague

«L’importance de notre découverte réside dans le fait que les molécules de protéines fluorescentes, bien que largement utilisées dans la recherche biologique, n’ont pas encore été pleinement évaluées ou réellement utilisées dans leur capacité à se comporter comme des antennes. Connaissance des propriétés directionnelles des protéines fluorescentes peut conduire à de nouvelles façons d’utiliser ces molécules utiles », explique Lazar.






En coopération avec d’autres groupes de l’IOCB Prague, l’équipe Lazar essaie déjà d’appliquer les résultats disponibles, par exemple, à l’étude des effets physiologiques de l’insuline et au développement de substituts de l’insuline à usage oral. Un autre exemple d’application potentielle de la présente découverte est le suivi des signaux électriques dans les cellules nerveuses qui pourraient être utiles dans l’étude du cerveau et des troubles neurologiques.


Éclairer la voie vers l’imagerie sélective des membranes


Plus d’information:
Jitka Myšková el al. Directionnalité de l’absorption et de l’émission de la lumière dans des protéines fluorescentes représentatives. PNAS (2020). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2017379117

Fourni par l’Institut CAS pour la chimie organique et la biochimie

Citation: Les molécules de protéines dans les cellules agissent comme des antennes miniatures (2020, 2 décembre), extrait de https://phys.org/news/2020-12-protein-molecules-cells-function-miniature.html le 5 décembre 2020

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