Nouveau système contrôle le mouvement des protéines pendant la division cellulaire

Les cellules communiquent entre elles et avec leur environnement grâce à des signaux. Ces signaux peuvent provoquer des changements à l'intérieur des cellules, souvent à travers des processus complexes. Une façon courante dont cela se produit est grâce à des protéines qui se déplacent vers différentes parties de la cellule pour effectuer leurs fonctions. Cet article parle d'un nouveau système qui contrôle comment et quand des protéines spécifiques se déplacent vers une partie de la cellule appelée la membrane plasmique (MP) pendant une phase spécifique du cycle cellulaire connue sous le nom de mitose.

#Contexte

Les cellules passent par une série d'étapes connues sous le nom de cycle cellulaire, pendant lesquelles elles grandissent, dupliquent leur ADN et se divisent en deux nouvelles cellules. La mitose est l'étape où les chromosomes de la cellule sont séparés de manière égale pour s'assurer que chaque nouvelle cellule reçoit la bonne quantité d'ADN. Ce processus nécessite un contrôle précis, et diverses protéines jouent des rôles importants pour garantir que cela se passe correctement.

Dans un scénario typique, les protéines nécessaires à la MP pendant la mitose doivent être déplacées de leurs autres emplacements dans la cellule. Cela peut souvent impliquer l'utilisation de déclencheurs externes, comme des produits chimiques spécifiques ou de la lumière, pour activer ces protéines. Cependant, ces méthodes peuvent avoir des limites, comme des effets secondaires potentiels et le besoin de configurations complexes pour contrôler le timing des déclencheurs.

#Nouveau développement : système MARS

Pour améliorer le contrôle sur la localisation des protéines pendant la mitose, les chercheurs ont conçu un système appelé Mitosis-enabled Anchor-away/Recruiter System (MARS). Ce système est basé sur une petite partie d'une protéine appelée PLEKHA5, qui se déplace normalement vers la MP pendant la mitose.

#Caractéristiques clés de MARS

1. Timing : MARS permet aux chercheurs d'activer uniquement le mouvement des protéines vers la MP pendant la mitose.
2. Pas de déclencheurs externes nécessaires : Le système utilise des processus naturels au sein de la cellule, ce qui le rend plus simple et plus efficace.
3. Polyvalence : MARS peut être utilisé pour diverses protéines, permettant aux scientifiques d'étudier différentes fonctions cellulaires sans modifications extensives.

#Compréhension du mécanisme

Les chercheurs ont découvert que PLEKHA5 a une caractéristique spéciale qui lui permet de se lier à la MP pendant la mitose. Cette liaison est influencée par une partie de la protéine qui réagit à son modification par Phosphorylation, un changement chimique courant qui peut activer ou désactiver des protéines.

#Phosphorylation et localisation

Lorsque PLEKHA5 n'est pas modifié (déphosphorylé), il peut se lier à la MP. En revanche, lorsqu'il est modifié (phosphorylé), sa capacité à se fixer à la MP est réduite. Ce comportement de commutation est crucial pour s'assurer que PLEKHA5 n'atteigne la MP qu'au bon moment.

#Ingénierie du système MARS

Pour créer le système MARS, les chercheurs ont modifié PLEKHA5 afin qu'il ne puisse pas atteindre la MP pendant l'interphase (quand la cellule ne se divise pas) mais le fasse pendant la mitose. Ils y sont parvenus en altérant des composants spécifiques de la structure de PLEKHA5.

#Stratégies de conception

1. Mutation de résidus clés : Les scientifiques ont changé certains blocs de construction (acides aminés) dans PLEKHA5 qui influencent sa capacité à se lier à la MP.
2. Ajout de signaux d'exportation nucléaire : Ces signaux aident à garantir que PLEKHA5 reste dans le cytoplasme pendant l'interphase.

#Test du système MARS

Les chercheurs ont testé le système MARS en observant à quel point il pouvait tirer différentes protéines vers la MP pendant la mitose. Les protéines testées incluaient diverses enzymes qui effectuent des fonctions cellulaires importantes.

#Résultats des expériences

1. Recrutement de PLK1 : La kinase polo-like 1 (PLK1) a été avec succès tirée vers la MP en utilisant MARS, ce qui est significatif puisque PLK1 est essentiel pour une division cellulaire correcte.
2. Enzymes modifiant les lipides : Deux enzymes, la phospholipase D (PLD) et la phosphoinositide 3-kinase de classe I (PI3K), ont également été recrutées vers la MP, montrant que MARS peut manipuler efficacement les niveaux de lipides membranaires.

#Analyse de la fonction des protéines

L'efficacité du système MARS a été évaluée en mesurant à quel point les enzymes recrutées étaient actives en étant à la MP. Cela a démontré que les enzymes ont conservé leur fonctionnalité même lorsqu'elles ont été déplacées.

#Observations faites

1. Augmentation de l'activité : PLD a montré une activité accrue lorsqu'elle a été recrutée à la MP pendant la mitose, indiquant que MARS peut être utilisé pour améliorer certaines activités cellulaires.
2. Retard de mitose : Le recrutement excessif de PI3K a entraîné un retard dans la progression de la mitose, suggérant que le contrôle minutieux de la localisation des protéines est crucial pour le bon fonctionnement cellulaire.

#Avantages de MARS

Le système MARS offre plusieurs avantages par rapport aux méthodes traditionnelles d'étude de la fonction des protéines :

1. Contrôle spatiotemporel : Il permet un contrôle précis sur quand et où les protéines sont actives dans la cellule.
2. Moins de complexité : Contrairement aux méthodes qui nécessitent des déclencheurs externes, MARS fonctionne avec les processus naturels de la cellule, simplifiant les configurations expérimentales.
3. Large application : MARS peut être adapté pour étudier de nombreuses protéines différentes impliquées dans divers processus cellulaires, au-delà de la seule mitose.

#Applications futures

L'introduction du système MARS ouvre plusieurs avenues pour des recherches futures :

1. Étudier la division cellulaire : Les chercheurs peuvent utiliser MARS pour étudier comment différentes protéines contribuent à la mitose et ce qui se passe lorsqu'elles tombent en panne.
2. Éclairer les mécanismes de la maladie : Comprendre comment des protéines comme PLK1 et PI3K se comportent pendant la mitose pourrait fournir des informations sur des cancers et d'autres maladies où la division cellulaire est déréglée.
3. Développer de nouveaux thérapeutiques : MARS pourrait aider à créer de nouveaux traitements qui ciblent des protéines spécifiques impliquées dans la division cellulaire, améliorant potentiellement les thérapies contre le cancer.

#Conclusion

Le système MARS représente une avancée significative dans le domaine de la biologie moléculaire, offrant un outil puissant pour étudier les protéines pendant la division cellulaire. En permettant un contrôle précis sur la localisation des protéines, MARS permet aux chercheurs d'explorer les rôles critiques que ces protéines jouent dans la fonction cellulaire et les maladies. Cette approche innovante pourrait conduire à de nouvelles découvertes et stratégies thérapeutiques pour gérer les maladies liées à la régulation cellulaire.