23.06.2022 - Universität Stuttgart

Un nouveau pas vers les cellules synthétiques

Introduire des cytosquelettes fonctionnels à base d'ADN dans des compartiments de taille cellulaire

La construction de cellules synthétiques fonctionnelles de bas en haut est un effort continu des scientifiques du monde entier. Leur utilisation pour étudier les mécanismes cellulaires dans un cadre hautement contrôlé et prédéfini est très utile pour comprendre la nature et développer de nouvelles approches thérapeutiques. Les scientifiques du deuxième institut de physique de l'université de Stuttgart et leurs collègues de l'institut Max Planck pour la recherche médicale ont pu franchir l'étape suivante vers les cellules synthétiques. Ils ont introduit des cytosquelettes fonctionnels à base d'ADN dans des compartiments de la taille d'une cellule. Les cytosquelettes sont des composants essentiels de chaque cellule qui contrôlent leur forme, leur organisation interne et d'autres fonctions vitales telles que le transport de molécules entre différentes parties de la cellule. En incorporant les cytosquelettes dans les gouttelettes synthétiques, les chercheurs ont également montré des fonctionnalités telles que le transport de molécules ou l'assemblage et le désassemblage sur certains déclencheurs. Les résultats ont été récemment publiés dans Nature Chemistry.

Le défi d'imiter les fonctions du cytosquelette

Le cytosquelette est un élément crucial de chaque cellule et il est composé de diverses protéines. Au-delà de la fonction de base qui consiste à donner sa forme à la cellule, il est essentiel pour de nombreux processus cellulaires tels que la division cellulaire, le transport intracellulaire de diverses molécules ou la motilité en réponse à des signaux externes. En raison de son importance dans les systèmes naturels, être capable d'imiter sa fonctionnalité également dans une configuration artificielle est une étape importante vers la construction et la conception d'une cellule synthétique. Cependant, cela pose de nombreux défis en raison des diverses exigences auxquelles elle doit répondre, notamment la stabilité ainsi que l'adaptabilité et la réactivité rapides aux déclencheurs.

Les chercheurs dans le domaine de la biologie synthétique ont déjà utilisé les nanotechnologies de l'ADN pour recréer des composants cellulaires tels que des imitations de canaux ioniques ou de liaisons cellule-cellule à base d'ADN. Pour ce faire, ils tirent parti du fait que l'ADN peut être programmé ou modifié pour s'auto-assembler en une forme préétablie par appariement complémentaire des bases.

Des filaments d'ADN comme cytosquelette synthétique

"Les structures d'ADN synthétique peuvent permettre d'accomplir des tâches hautement spécifiques et programmées, ainsi que des possibilités de conception polyvalentes allant au-delà de ce qui est disponible avec les outils définis biologiquement. En particulier, l'organisation structurelle des structures d'ADN peut s'écarter de leurs homologues naturels, voire même dépasser le champ fonctionnel des systèmes naturels", explique Laura Na Liu, professeur au 2e Institut de physique de l'université de Stuttgart.

Par ailleurs, des chercheurs tels que Paul Rothemund, Elisa Franco ou Rebecca Schulman avaient déjà réussi à assembler l'ADN en filaments de l'ordre du micron, qui constituent la base de la construction d'un cytosquelette. Depuis lors, ces filaments ont été dotés de diverses fonctions, comme l'assemblage et le désassemblage lors d'une stimulation externe ou à l'intérieur d'un compartiment. Les scientifiques de l'Université de Stuttgart et du MPI pour la recherche médicale ont maintenant franchi une nouvelle étape dans la construction d'une cellule artificielle, en utilisant les filaments comme cytosquelette synthétique et en leur donnant diverses fonctionnalités.
"Il est passionnant de constater que nous pouvons également déclencher l'assemblage du cytosquelette de l'ADN avec de l'ATP - la même molécule que les cellules utilisent pour actionner différents mécanismes", explique Kerstin Göpfrich, chef du groupe de recherche Max Planck au MPI pour la recherche médicale.

Accélérer le transport des vésicules

En outre, l'équipe de scientifiques a pu induire le transport de vésicules le long des filaments en utilisant le mécanisme du pont brûlé introduit par Khalid Salaita. Ce mécanisme imite le transport des vésicules le long des parties du cytosquelette naturel des cellules, appelées microtubuli. "Par rapport au transport dans les cellules vivantes, le transport le long de nos filaments d'ADN est encore lent. L'accélérer sera un défi pour l'avenir", déclare Kevin Jahnke, premier auteur partagé de l'article et postdoc dans le groupe de Kerstin Göpfrich au MPIMR. Pengfei Zhan, postdoc dans le groupe dirigé par le professeur Laura Na Liu à Stuttgart, ajoute : "C'était également un défi d'affiner les paysages énergétiques des capacités d'assemblage et de désassemblage des filaments de la nanostructure d'ADN." À l'avenir, il sera crucial de fonctionnaliser encore davantage les filaments d'ADN pour imiter encore mieux les cellules naturelles. Les chercheurs pourraient ainsi créer des cellules synthétiques pour étudier plus en détail les mécanismes cellulaires ou développer de nouvelles approches thérapeutiques.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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