Avancement de l'activation des récepteurs cellulaires grâce à la technologie ADN

Les cellules communiquent avec leur environnement et ajustent leurs fonctions en fonction des signaux externes. Cette communication commence souvent quand un récepteur à la surface de la cellule interagit avec une molécule spécifique, appelée ligand. Un groupe clé de récepteurs, connu sous le nom de super-famille des récepteurs du facteur de nécrose tumorale (TNFRSF), joue des rôles importants dans de nombreux processus cellulaires, y compris la croissance, la mort et les réponses immunitaires.

Pour que le TNFRSF soit activé, il est crucial que les récepteurs se regroupent à la surface de la cellule. Ce regroupement aide à initier le signal nécessaire pour les réponses cellulaires. Un exemple de ça, c'est l'interaction entre le ligand inducteur d'apoptose lié au TNF (TRAIL) et un récepteur appelé récepteur de la mort 5 (DR5).

Bien que les scientifiques comprennent beaucoup de choses sur ces récepteurs, les traitements actuels n'activent pas complètement certains types de TNFR, comme 4-1BB, CD40 et DR5. Les chercheurs ont découvert que présenter des ligands sous une forme fixée aux membranes cellulaires peut améliorer leur activation. Cependant, de nombreux anticorps utilisés pour stimuler ces récepteurs nécessitent qu'ils soient regroupés, ce qui complique la démarche.

#Défis dans l'activation des récepteurs

La distance entre les ligands est importante car elle affecte leur capacité à activer les récepteurs. Certaines méthodes ont été développées pour regrouper les ligands en utilisant des techniques impliquant la streptavidine ou différents matériaux, mais ces approches ne donnent pas de contrôle précis sur la proximité des ligands. Atteindre une distance de moins de 10 nanomètres est assez difficile avec ces méthodes.

Les nanostructures en origami d'ADN présentent une solution intéressante. Ces structures permettent aux chercheurs d'organiser les ligands avec une grande précision, définissant exactement combien il y en a et à quelle distance ils se trouvent. De plus, contrairement à de nombreux autres matériaux, les nanostructures en ADN restent stables lorsqu'elles sont mélangées avec du sérum humain.

#Construction des nanostructures en ADN

De nombreuses études ont utilisé des nanostructures en ADN pour activer les récepteurs cellulaires. Par exemple, les chercheurs ont utilisé des motifs d'ADN spécifiques pour engager les récepteurs des cellules T et déclencher d'autres réponses immunitaires. Cet article se concentrera sur la création de nanostructures en origami d'ADN qui regroupent les récepteurs DR5 pour améliorer la destruction cellulaire.

Quand les récepteurs se regroupent, ils s'activent. Il y a une différence entre le regroupement normal et ce qu'on appelle le super-regroupement. Le regroupement normal signifie rapprocher les récepteurs, tandis que le super-regroupement implique de combiner des groupes existants pour amplifier l'effet.

Certaines protéines, comme TRAIL, forment naturellement des groupes de trois (trimères). Ces trimères peuvent se lier à leurs récepteurs correspondants à la surface de la cellule, poussant les récepteurs à se regrouper et à activer les signaux à l’intérieur de la cellule.

Les chercheurs ont ingénierie des protéines pour améliorer ce processus de regroupement. Un exemple est une version modifiée de TRAIL appelée SC-TRAIL, créée en liant trois protéines TRAIL avec de petites connexions peptidiques. En combinant SC-TRAIL avec la technologie de l'ADN, l'objectif est d'atteindre des récepteurs DR5 super-regroupés et d'étudier leur capacité à tuer des cellules.

#Outils et matériaux utilisés

Pour créer les nanostructures en ADN, plusieurs matériaux sont nécessaires. Ceux-ci incluent :

• Le génome M13mp18 comme échafaudage en ADN.
• Filtres et concentrateurs pour purifier l'ADN.
• Grilles pour la microscopie électronique pour visualiser les structures.
• Plasmides spécifiques et souches bactériennes pour exprimer les protéines SC-TRAIL.
• Divers tampons et réactifs pour la purification des protéines.

#Conception des structures en ADN

Créer une nanostructure en ADN implique de concevoir sa forme et sa structure. Le processus de conception commence par déterminer la géométrie de la nanostructure souhaitée. Pour le projet en cours, une structure en forme de pyramide hexagonale a été choisie.

Une fois le design géométrique établi, il faut identifier les emplacements spécifiques pour lier les protéines. En examinant la structure de l'ADN et en l'alignant avec les modèles de protéines, les chercheurs peuvent désigner où les protéines vont se fixer. Cela aide à s'assurer que les protéines sont correctement espacées pour activer efficacement les récepteurs.

#Modification de l'ADN pour l'attachement des protéines

Certaines parties de la structure en ADN doivent être modifiées pour permettre l'attachement des protéines. En prolongeant des brins d'ADN spécifiques, les chercheurs peuvent créer des espaces pour que les protéines se lient. Cette étape est cruciale, car le bon positionnement augmentera les chances d'activation réussie des récepteurs lorsque la structure finale sera utilisée dans les expériences.

Une fois la structure en ADN complète, il est essentiel de visualiser les formes repliées en utilisant des techniques comme la microscopie électronique à transmission (TEM). Cela permet aux chercheurs de confirmer que les structures sont correctement formées et prêtes à être utilisées.

#Ingénierie des protéines

Après la création des structures en ADN, l'étape suivante consiste à attacher les protéines SC-TRAIL. Cela se fait par une méthode astucieuse utilisant une enzyme appelée sortase, qui aide à lier les protéines à l'ADN. Les protéines SC-TRAIL sont spécialement conçues pour inclure cette étiquette sortase, ce qui leur permet de se fixer facilement aux nanostructures en ADN.

Pour produire SC-TRAIL, un gène spécifique est introduit dans des bactéries, qui croissent ensuite et produisent la protéine. Ensuite, la protéine doit être purifiée pour éliminer les impuretés. Ce processus implique d'utiliser divers tampons pour isoler efficacement la protéine désirée.

#Attacher les protéines à l'ADN

Une fois les protéines SC-TRAIL purifiées, elles subissent une réaction pour attacher une petite étiquette chimique qui aidera à les lier à la structure en ADN. Cela se fait par une méthode de chimie click où la protéine réagit avec la prise d'ADN. En procédant ainsi, les chercheurs s'assurent que les protéines sont liées à la structure en ADN de manière stable.

Après ce processus de liaison, les structures en ADN modifiées avec succès sont de nouveau purifiées pour éliminer toutes les protéines non liées ou réactifs excédentaires.

#Test de l'efficacité de la destruction cellulaire

La dernière étape consiste à tester si les structures en ADN avec les protéines SC-TRAIL liées peuvent effectivement tuer des cellules cibles. Les cellules Jurkat, un type de cellule immunitaire, sont utilisées pour ces expériences. Les cellules sont exposées à différentes concentrations des structures en ADN.

Après incubation, le nombre de cellules vivantes est compté pour déterminer si les structures en ADN ont réussi à tuer les cellules cibles. Les résultats montrent que les structures avec SC-TRAIL sont beaucoup plus efficaces pour réduire le nombre de cellules comparé à celles sans protéines.

#Résumé

Le travail décrit montre comment combiner la technologie de l'ADN avec l'ingénierie des protéines peut améliorer l'efficacité du signal cellulaire. En contrôlant comment les ligands sont disposés sur un échafaudage en ADN, les chercheurs peuvent optimiser l'activation des récepteurs cellulaires impliqués dans des processus critiques comme la mort cellulaire et la réponse immunitaire. Cette méthode ouvre de nouvelles voies pour développer des thérapies qui exploitent ces mécanismes cellulaires pour traiter des maladies.