Une nouvelle méthode améliore la visualisation des protéines dans les cellules

La cryo-tomographie électronique cellulaire est une technique utilisée pour voir la structure et les interactions de grosses molécules directement à l'intérieur des cellules vivantes. Pour ça, les cellules sont rapidement congelées, ce qui aide à les garder dans un état proche de leur environnement naturel. Des tranches fines sont créées à partir de ces cellules congelées en utilisant un faisceau spécial d'ions. Ces tranches sont ensuite examinées avec un type de microscope qui utilise des faisceaux d'électrons au lieu de la lumière. En capturant des images de ces tranches sous différents angles, les scientifiques peuvent construire une image en trois dimensions de ce à quoi ressemblent les molécules à l'intérieur de la cellule.

Un des gros avantages de cette méthode est qu'elle permet aux scientifiques d'étudier à la fois la structure des protéines et leur comportement à l'intérieur des cellules lors d'une seule expérience. C'est utile pour relier des infos venant de la biologie structurale, qui se concentre sur les formes des molécules, avec la biologie cellulaire, qui regarde comment ces molécules fonctionnent dans les cellules. Jusqu'à maintenant, les chercheurs ont pu voir des structures importantes comme les Ribosomes et les complexes de pores nucléaires dans leurs environnements originaux. Cependant, environ 10 000 protéines différentes peuvent être trouvées dans les cellules à tout moment, et il y a un besoin de meilleures méthodes pour voir un plus large éventail de ces protéines.

#Techniques de marquage actuelles en cryo-tomographie électronique

Il existe différentes méthodes pour marquer et visualiser les protéines en cryo-tomographie électronique cellulaire. Les méthodes traditionnelles impliquent souvent d'utiliser des anticorps pour taguer les protéines, mais cela pose quelques défis. Les anticorps sont gros et peuvent interférer avec les structures que les scientifiques veulent étudier. Ils nécessitent aussi des méthodes spécifiques pour les introduire dans les cellules, ce qui peut être compliqué. Même si ces anticorps sont utiles pour identifier les protéines, ils ne donnent parfois pas les infos claires nécessaires, surtout lorsqu'on étudie des environnements complexes d'une cellule.

Une autre approche appelée Microscopie corrélative lumière et électronique combine deux types de microscopie. Cette méthode peut aider les scientifiques à identifier les emplacements de protéines spécifiques dans les cellules en utilisant d'abord la microscopie à lumière. Cependant, elle a ses inconvénients. La clarté des images lumineuses peut parfois être moins qu'idéale lorsqu'elles sont alignées avec les images électroniques. Donc, il y a toujours besoin de meilleures façons d'analyser les différentes protéines dans les cellules.

#Le défi d'identifier les protéines

Un des objectifs en science aujourd'hui est d'utiliser des programmes informatiques avancés pour aider à identifier les protéines dans les images. Il existe des méthodes qui utilisent des modèles de bases de données existants pour faire correspondre ce qui est vu dans une image avec des structures connues. Cependant, ces méthodes ont souvent du mal avec les protéines qui sont similaires en structure. Quand les protéines se ressemblent beaucoup, il devient difficile de les distinguer dans les images. Des programmes d'apprentissage machine sont aussi utilisés pour aider dans ce processus, mais sont limités dans leur capacité à trouver des protéines qui ne sont pas faciles à identifier juste en regardant.

Le problème réside dans la complexité de l'environnement cellulaire, où beaucoup de protéines coexistent. Elles se ressemblent souvent, rendant difficile de faire la différence entre elles. Il y a besoin de nouveaux outils qui peuvent déceler ces petites différences et aider à reconnaître ces protéines plus efficacement.

#Le rôle des Nanoparticules d'or

Quand les scientifiques utilisent la microscopie électronique, ils font souvent face à un défi : les échantillons biologiques ne produisent pas de signaux assez forts pour des images claires. Ça, c'est parce que les éléments des molécules biologiques ont des poids similaires et ne fournissent pas assez de contraste. En revanche, les nanoparticules d'or servent d'excellents marqueurs parce qu'elles ont un numéro atomique beaucoup plus élevé, créant un fort contraste dans les images. Cependant, l'utilisation de ces étiquettes en or pose aussi des problèmes.

Les particules d'or existantes peuvent être grandes et varier en taille, ce qui peut les rendre difficiles à utiliser efficacement. De plus petites nanoparticules d'or, plus récentes et uniformes, peuvent être utilisées. Ces plus petites particules d'or sont plus faciles à manipuler et peuvent être plus spécifiques lors du ciblage des protéines dans les cellules vivantes. L'objectif est de trouver un moyen de marquer les protéines à l'intérieur des cellules sans perturber leur environnement naturel.

#La nouvelle méthode : ExoSloNano

Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode appelée ExoSloNano, qui vise à améliorer la visualisation des protéines à l'intérieur des cellules. Cette méthode utilise de petites nanoparticules d'or qui sont livrées dans les cellules par une technique spécifique qui crée de minuscules trous dans la membrane cellulaire. Une fois ces nanoparticules d'or à l'intérieur, elles se lient aux protéines marquées que les chercheurs veulent étudier.

L'aspect unique de cette méthode est qu'elle permet la visualisation directe des protéines à l'intérieur des cellules vivantes sans avoir besoin de procédures complexes qui pourraient perturber les fonctions cellulaires. En utilisant cette technique, les scientifiques peuvent observer les protéines dans leur état naturel tout en accédant à divers composants cellulaires.

#Marquage des cellules vivantes avec Nanogold

La nouvelle approche se concentre sur l'utilisation d'une toxine bactérienne qui forme de petits trous dans les membranes cellulaires pour permettre l'entrée des nanoparticules d'or. Cette méthode a été testée dans divers types de cellules. Après l'introduction des nanoparticules d'or, les cellules peuvent se rétablir sans dommage significatif. Cette récupération signifie que les cellules saines peuvent continuer à croître et fonctionner normalement tout en permettant aux chercheurs de visualiser des protéines spécifiques en utilisant les étiquettes en or.

Une fois à l'intérieur, ces nanoparticules d'or se lient aux protéines de manière à permettre aux chercheurs de les voir plus clairement en utilisant différents types de microscopie. Les particules utilisées sont très petites, ce qui minimise leur impact sur les protéines et la cellule. Quand ces nanoparticules d'or se lient aux protéines, elles aident à fournir un signal plus fort qui peut être détecté en microscopie électronique.

#Tester la nouvelle méthode

Pour démontrer que cette nouvelle méthode fonctionne, les chercheurs l'ont appliquée pour étudier les ribosomes, des machines cellulaires importantes responsables de la construction des protéines. Ils ont utilisé des cellules conçues pour avoir une étiquette spécifique sur une protéine ribosomale, leur permettant de visualiser les ribosomes avec précision. En livrant les nanoparticules d'or à ces ribosomes et en analysant les résultats avec différentes techniques de microscopie, ils ont observé que les particules d'or marquaient efficacement les cibles souhaitées.

Dans les tests, les chercheurs ont utilisé des particules d'or de 1,4 nm et 5 nm pour voir comment ils pouvaient identifier les ribosomes. Ils ont pu visualiser les petites particules d'or à côté des ribosomes dans les images créées par cryo-tomographie électronique. Cette technique n'a pas seulement montré la capacité de voir les ribosomes, mais a aussi mis en lumière l'aspect pratique d'utiliser les particules d'or pour l'imagerie cellulaire.

#Observer les Nucléosomes

Les nucléosomes sont des structures dans le noyau des cellules qui aident à emballer l'ADN. Comprendre ces structures est crucial pour étudier l'expression génique et l'organisation des chromosomes. Traditionnellement, il a été difficile de visualiser les nucléosomes en raison de leur nature complexe.

Les chercheurs ont appliqué leur nouvelle méthode de marquage pour visualiser un variant d'histone spécifique, macroH2A, connu pour son rôle dans la structure de la chromatine. L'utilisation de petites nanoparticules d'or leur a permis de voir clairement ces nucléosomes dans leur contexte sans affecter leur arrangement naturel. Cette étude illustre le potentiel de la méthode ExoSloNano pour élargir notre compréhension du paysage de la chromatine à l'intérieur des cellules.

#Résultats majeurs et implications

Le succès de la méthode ExoSloNano souligne l'importance des techniques de marquage précises en biologie cellulaire. Cette nouvelle façon de taguer les protéines permet des résultats de haute résolution et précis tout en maintenant l'intégrité des cellules étudiées. Avec la capacité de visualiser différentes protéines dans leur état naturel, les scientifiques peuvent rassembler plus de données sur comment les protéines interagissent et fonctionnent dans les cellules.

Les résultats indiquent aussi que les chercheurs peuvent utiliser cette méthode pour étudier d'autres organites et structures cellulaires, ouvrant de nouvelles pistes pour l'investigation scientifique. En appliquant les mêmes principes, ils pourraient être en mesure de marquer et de visualiser de nombreux types de protéines et de macromolécules dans diverses conditions.

#Conclusion

Le développement de la méthode ExoSloNano fournit un outil prometteur pour les scientifiques qui étudient les structures et interactions cellulaires. En offrant une façon plus simple et plus efficace de visualiser les protéines dans des cellules vivantes, cette méthode peut améliorer notre compréhension des processus cellulaires fondamentaux. À mesure que les chercheurs continuent de perfectionner et d'élargir cette technique, on peut s'attendre à des aperçus plus détaillés des fonctionnements complexes des cellules et des rôles des différentes protéines à l'intérieur d'elles.

Cette méthode a non seulement un potentiel pour la recherche académique mais peut aussi contribuer à des avancées en sciences médicales, où comprendre ces processus cellulaires pourrait mener à de nouvelles thérapies et traitements. La capacité d'explorer le monde complexe des cellules à un niveau aussi détaillé représente une avancée significative dans le domaine de la biologie cellulaire structurale.