Nouvelles idées sur le fonctionnement des protéines motrices

Les cellules ont une façon spéciale de déplacer des charges. Ce processus a besoin de protéines motrices appelées Kinésines et dyneines qui se déplacent le long de structures appelées Microtubules. Les kinésines vont vers une extrémité (l'extrémité positive), tandis que les dyneines vont dans l'autre sens (l'extrémité négative). La plupart des pièces de charge ont des Moteurs kinésine et dyneine attachés, ce qui les aide à se déplacer efficacement. Cependant, le nombre de moteurs sur des charges plus petites, comme de petits Vésicules, tend à être faible. Par exemple, une petite vésicule peut n'avoir que quelques moteurs kinésine-1 et dyneine.

Quand les scientifiques étudient ces processus dans des labos, ils utilisent des techniques spéciales pour visualiser comment ces moteurs interagissent avec les charges. Les recherches ont montré qu'un petit nombre de moteurs kinésine-1 peuvent réussir à déplacer des charges sur de longues distances. Pourtant, on ne comprend pas encore complètement comment plusieurs moteurs peuvent travailler ensemble sur une petite charge. Une hypothèse est que la plupart des moteurs peuvent facilement accéder aux microtubules. Cependant, quand les chercheurs ont observé de petites billes qui imitent des vésicules, ils ont trouvé que le fait d'avoir beaucoup de moteurs kinésines n'augmentait pas significativement la distance que ces billes pouvaient parcourir. Cela soulève des questions sur pourquoi il y a une différence entre les résultats de labo et ce qui se passe dans les cellules vivantes.

La compréhension actuelle suggère que d'autres protéines, connues sous le nom de protéines associées aux microtubules (MAPs), peuvent aider les moteurs à se fixer aux microtubules, et certains changements dans les microtubules pourraient améliorer l'activité motorisée. Fait intéressant, même des expériences avec des vésicules purifiées ont montré qu'elles pouvaient encore se déplacer sur de longues distances sans MAPs, ce qui indique qu'il existe d'autres moyens pour les moteurs de réguler le mouvement des charges.

Certains scientifiques pensent que les moteurs peuvent se regrouper sur les charges, ce qui pourrait les rendre plus efficaces. Par exemple, des moteurs dyneine ont été trouvés en train de se regrouper dans certaines zones des vésicules à mesure qu'elles mûrissent. Il y a aussi des preuves qui pointent vers l'idée que des adaptateurs de charge peuvent aider à recruter plusieurs moteurs en même temps pour aider au mouvement. Bien qu'il y ait eu des découvertes que la formation de clusters peut aider les moteurs à travailler plus efficacement, ce n'est pas encore clair si cela aide aussi les petites vésicules à voyager sur de longues distances.

Pour en savoir plus sur ces idées, les chercheurs ont cherché à recréer le mouvement des vésicules entraîné par kinésine-1 dans un cadre de laboratoire. Ils se sont concentrés sur la compréhension de la façon dont le nombre total de moteurs affectait la distance de voyage et si le regroupement des moteurs pouvait influencer le mouvement. Les chercheurs ont découvert que pour déplacer efficacement de petites vésicules sur de longues distances avec des moteurs kinésines-1, un grand nombre de moteurs était nécessaire. Quand les moteurs étaient groupés, cela réduisait le nombre total nécessaire pour un mouvement réussi.

#Mise en place de l'expérience

Dans leur expérience, les chercheurs ont utilisé un type spécifique de protéine kinésine-1 liée à des liposomes (de petites structures sphériques agissant comme des vésicules). Pour s'assurer que seuls les moteurs kinésines-1 attachés étaient comptés, l'équipe a utilisé une méthode de flottation. Après avoir mélangé les moteurs et les liposomes, ils ont tourné le mélange de sorte que seuls les liposomes ayant des moteurs attachés flottent en haut. Cela a aidé à maintenir un nombre constant de moteurs pendant les tests.

Les scientifiques ont ensuite observé comment ces liposomes se déplaçaient lorsqu'ils étaient placés sur une surface avec des microtubules immobilisés. Ils ont utilisé des techniques d'imagerie spéciales pour enregistrer le mouvement des liposomes et pour déterminer le nombre total de moteurs attachés à chaque liposome. En ajustant soigneusement le nombre de moteurs sur les liposomes, ils ont obtenu différents comptes de moteurs et ont pu observer comment cela influençait le mouvement.

Quand ils ont testé la vitesse et la distance des liposomes en mouvement, ils ont découvert qu'avoir plus de moteurs présents conduisait à des trajets plus longs. Les chercheurs ont mesuré comment les longueurs de course, ou les distances parcourues par les liposomes avant de s'arrêter, augmentaient à mesure qu'ils ajoutaient plus de moteurs. Dans leurs résultats, ils ont noté qu'une augmentation significative de la longueur de course nécessitait une hausse substantielle de la densité motorisée, ce qui signifie qu'il fallait beaucoup plus de moteurs pour atteindre de plus longues distances.

#Regroupement des moteurs pour un meilleur mouvement

Une des raisons pour lesquelles les résultats de laboratoire diffèrent de ce qui se passe dans les cellules vivantes pourrait venir de la façon dont les moteurs sont arrangés sur la charge. Dans les cellules vivantes, les moteurs ne pourraient pas être simplement dispersés au hasard ; ils pourraient se regrouper. Pour tester cette idée, ils ont utilisé un échafaudage en ADN pour regrouper les moteurs kinésine-1 en groupes de trois sur les liposomes.

Dans leurs tests, ils ont confirmé le regroupement des moteurs et ont veillé à ce que l'ajout d'échafaudages en ADN n'apporte pas de moteurs supplémentaires mais seulement organise ceux existants. Ils ont ensuite utilisé des techniques d'imagerie pour vérifier quels liposomes avaient des clusters de moteurs et ont comparé la performance de ceux avec des moteurs non regroupés.

Les résultats ont montré que le regroupement des moteurs améliorait la distance que les liposomes pouvaient parcourir, surtout à des densités de moteurs plus faibles. Alors que les moteurs individuels avaient un succès mitigé dans le déplacement des vésicules, les moteurs regroupés ont considérablement augmenté la distance de voyage sans changer la vitesse. Pour les liposomes avec des clusters, il y avait une énorme amélioration du mouvement par rapport à ceux avec des moteurs dispersés.

À des densités de moteurs plus élevées, cependant, les avantages du regroupement diminuaient. Cela pourrait être dû aux limites imposées par la longueur physique des microtubules eux-mêmes. L'engagement simultané de plusieurs clusters de moteurs pourrait aussi avoir réduit la chance pour plus d'un cluster de se connecter au microtubule en même temps.

#Conclusion

Cette recherche éclaire des aspects importants du mouvement des charges dans les cellules. Le besoin d'un grand nombre de moteurs sur de petites vésicules lorsqu'elles sont dispersées est évident, mais quand ces moteurs se regroupent, cela améliore leurs capacités. Ce regroupement pourrait être un facteur crucial qui aide les moteurs à transporter des vésicules sur de longues distances dans les cellules vivantes.

Comprendre comment les moteurs travaillent ensemble est essentiel, surtout parce que cela pourrait changer notre vision du mouvement des charges cellulaires. Ces découvertes ouvrent de nouvelles portes pour de futures études sur les mécanismes qui régissent le regroupement des moteurs et le rôle qu'il joue dans la danse complexe du transport à l'intérieur des cellules. Alors que les scientifiques continuent d'étudier ces processus, nous en apprendrons probablement plus sur les règles précises qui régissent le mouvement des charges et comment ces connaissances peuvent être appliquées dans divers domaines, de la médecine à la biotechnologie.