Avancées dans le contrôle de l'expression génique avec des promoteurs synthétiques

Le contrôle de l'expression génique est super important en biologie moderne. En utilisant des parties spécifiques de l'ADN appelées Promoteurs, les scientifiques peuvent augmenter ou diminuer la production de protéines chez les organismes. Dans la levure bourgeonnante, un modèle courant pour la recherche, différents promoteurs ont été développés. Certains viennent de gènes naturels, tandis que d'autres sont fabriqués en laboratoire. Chaque promoteur a ses propres caractéristiques, y compris la quantité de protéines qu'il peut produire et comment il peut être contrôlé par différents signaux comme la température, les médicaments ou la lumière.

#Types de Promoteurs

Il y a deux types principaux de promoteurs :

1. Promoteurs constitutifs qui expriment toujours les gènes à un taux constant, peu importe les conditions.
2. Promoteurs contrôlables qui peuvent être activés ou désactivés selon l'environnement.

Quand on utilise des promoteurs contrôlables, plusieurs facteurs doivent être pris en compte :

• Méthode de contrôle : Comment le promoteur est activé (par exemple, en utilisant de la lumière ou des produits chimiques).
• Contrôlabilité : Mesure de la précision avec laquelle le promoteur peut passer de l'état activé à désactivé.
• Praticité : Si d'autres composants nécessaires pour activer le promoteur sont déjà présents dans la levure.

Des exemples courants de promoteurs dans la levure incluent le promoteur TDH3, qui est fort, et le promoteur GAL1, qui réagit aux niveaux de sucre.

#Promoteurs Synthétiques

Récemment, la science a fait des avancées dans la création de promoteurs synthétiques. Ces nouveaux promoteurs permettent un contrôle plus précis de la production de protéines. Par exemple, un système appelé WTC846 intègre une région spéciale qui réagit à la tétracycline, ce qui signifie que les chercheurs peuvent contrôler l'expression des gènes avec une grande précision.

Une autre avancée intéressante est le système Z3EV, qui inclut une protéine synthétique capable d'activer le promoteur en se liant à une région spécifique de l'ADN lorsqu'elle est exposée à un médicament appelé β-estradiol. Ce système vise à produire des protéines sans provoquer d'effets secondaires indésirables à cause d'une expression inappropriée.

#Objectifs de l'Étude

Dans la recherche décrite, l'objectif était de créer un nouveau promoteur qui maximiserait l'expression des protéines dans la levure. Les travaux précédents utilisaient le promoteur TDH3, mais il avait certaines limites. Donc, les chercheurs se sont concentrés sur l'assurance que le nouveau promoteur :

1. A la plus haute activité possible pour activer l'expression des gènes.
2. N'interfère pas avec l'expression d'autres gènes naturels dans la levure, surtout lorsqu'il est placé sur plusieurs copies d'un plasmide.
3. Ne produit pas de protéines indésirables à cause d'une activation accidentelle.
4. Fonctionne bien à différentes phases de croissance et reste efficace lorsque le glucose est la principale source d'énergie.

Pour ce faire, ils ont choisi de travailler avec le promoteur du système Z3EV, qui réagit bien au β-estradiol.

#Construction du Nouveau Promoteur

Le promoteur du système Z3EV est modifié à partir du promoteur GAL1. Il utilise le facteur de transcription synthétique Z3EV qui active l'expression génique en présence de β-estradiol. Comme il est synthétique, il devrait créer moins de problèmes en ne rivalisant pas avec d'autres facteurs dans la cellule de levure.

Les chercheurs pensaient qu'en augmentant le nombre de sites de liaison pour Z3EV sur ce promoteur synthétique, son efficacité serait boostée. Ils ont testé différentes versions du promoteur, chacune avec un nombre variable de sites de liaison pour Z3EV.

#Résultats du Nouveau Promoteur

Ils ont découvert qu'en ajoutant jusqu'à 12 sites de liaison, ils pouvaient améliorer de manière significative la force du promoteur. Il a été observé que cette nouvelle version augmentait l'expression protéique d'environ 1,43 fois plus que le promoteur TDH3 et 1,25 fois plus que le promoteur P3 existant. Cependant, ajouter trop de sites de liaison a conduit à une diminution de la force d'expression, probablement parce qu'ils étaient trop proches les uns des autres, causant des interférences.

En utilisant ce nouveau promoteur dans un système permettant plusieurs copies de plasmides, la levure pouvait exprimer une quantité considérable de protéines étrangères. Lors d'expériences spécifiques, les chercheurs ont réussi à exprimer près de 50% de la protéine totale comme protéine désirée, montrant que ce nouveau système pourrait être utilisé pour diverses applications de recherche.

#Évaluation de la Force du Promoteur et Comparaison avec TDH3

Pour vérifier la force du nouveau promoteur, l'équipe l'a comparé au promoteur TDH3. Ils ont utilisé une protéine fluorescente à faible toxicité pour mesurer combien de protéines étaient produites dans différentes conditions. Le nouveau promoteur montrait une augmentation significative des niveaux de protéines lorsqu'il était induit et pouvait atteindre des taux de croissance similaires à ceux du promoteur TDH3.

En résumé, les résultats ont confirmé que le nouveau promoteur P36 non seulement correspondait mais pouvait même dépasser l'efficacité du promoteur TDH3 dans certaines conditions.

#Observations sur l'Expression de Fuite

Un point de préoccupation concernant le nouveau système de promoteurs était la "fuite", ce qui signifie que même sans β-estradiol, certains niveaux d'expression génique se produisaient. Les chercheurs ont noté qu'en augmentant le nombre de sites de liaison, cela conduisait également à une fuite plus élevée, mais ils ont assuré que lorsqu'il était induit, l'expression pouvait également augmenter de manière significative.

#Expression des Protéines Cibles

En s'appuyant sur les résultats, les chercheurs ont testé si des quantités encore plus élevées de protéines pouvaient être produites en utilisant le nouveau promoteur P36. Des études antérieures avaient montré qu'une version spéciale de la protéine fluorescente verte (mox-YG) pouvait atteindre des niveaux d'expression élevés. Les tests ont confirmé qu'en utilisant le promoteur P36, l'expression de mox-YG était augmentée par rapport au promoteur TDH3, renforçant ainsi les résultats concernant la force du promoteur.

Pendant la phase de croissance, il a été constaté qu'à mesure que l'expression de mox-YG augmentait, le taux de croissance global de la levure diminuait. Fait intéressant, malgré le fardeau apparent de produire une grande quantité d'une protéine, les quantités totales de protéines restaient stables.

#Conclusion sur le Fardeau Protéique

La recherche met en lumière une relation critique entre l'augmentation de l'expression des protéines et la diminution des taux de croissance. Cette relation a été observée à la fois chez les bactéries et les levures.

Les résultats suggèrent que les cellules de levure peuvent tolérer des niveaux plus élevés de protéines excédentaires sans effets néfastes immédiats sur leur croissance par rapport aux bactéries. Le promoteur P36 sert d'outil efficace pour les scientifiques afin d'étudier les effets de la production de protéines sur la physiologie cellulaire, aidant à recueillir des informations sur l'équilibre entre la fonction des protéines et la croissance cellulaire.

À travers cette étude, les résultats indiquent que le nouveau système de promoteurs synthétiques a du potentiel pour des recherches futures et des applications dans le domaine de la biotechnologie et du génie des protéines.

#Applications Futures

Les scientifiques peuvent utiliser ce système de promoteurs avancé pour mieux comprendre comment les cellules réagissent aux protéines excédentaires, ce qui est crucial dans des domaines allant du génie génétique à la médecine.

La capacité de produire de hauts niveaux de protéines pourrait conduire à des innovations dans le développement de thérapies médicamenteuses, de vaccins et à une exploration plus approfondie des fonctions géniques.

Alors que l'étude de l'expression génique continue d'évoluer, des outils comme le promoteur P36 seront essentiels pour faire des découvertes qui pourraient avoir un impact significatif sur la santé et les maladies.