02.08.2022 - Institut national de la santé et de la recherche médicale (Inserm)

Un "nano-robot" entièrement construit à partir d'ADN pour explorer les processus cellulaires

Construire un minuscule robot à partir d'ADN et l'utiliser pour étudier des processus cellulaires invisibles à l'œil nu... On pourrait croire qu'il s'agit de science-fiction, mais c'est en fait le sujet de recherches sérieuses menées par des scientifiques de l'Inserm, du CNRS et de l'Université de Montpellier au Centre de biologie structurale de Montpellier. Ce "nano-robot" très innovant devrait permettre d'étudier de plus près les forces mécaniques appliquées à des niveaux microscopiques, qui sont cruciales pour de nombreux processus biologiques et pathologiques. Il est décrit dans une nouvelle étude publiée dans Nature Communications.

Nos cellules sont soumises à des forces mécaniques exercées à l'échelle microscopique, déclenchant des signaux biologiques essentiels à de nombreux processus cellulaires impliqués dans le fonctionnement normal de notre organisme ou dans le développement de maladies.

Par exemple, la sensation du toucher est en partie conditionnée par l'application de forces mécaniques sur des récepteurs cellulaires spécifiques (dont la découverte a été récompensée cette année par le prix Nobel de physiologie ou médecine). Outre le toucher, ces récepteurs sensibles aux forces mécaniques (appelés mécanorécepteurs) permettent la régulation d'autres processus biologiques clés tels que la constriction des vaisseaux sanguins, la perception de la douleur, la respiration ou encore la détection des ondes sonores dans l'oreille, etc.

Le dysfonctionnement de cette mécanosensibilité cellulaire est impliqué dans de nombreuses maladies - par exemple, le cancer : les cellules cancéreuses migrent dans l'organisme en sondant et en s'adaptant constamment aux propriétés mécaniques de leur microenvironnement. Cette adaptation n'est possible que parce que des forces spécifiques sont détectées par des mécanorécepteurs qui transmettent l'information au cytosquelette de la cellule.

À l'heure actuelle, notre connaissance des mécanismes moléculaires impliqués dans la mécanosensibilité des cellules est encore très limitée. Plusieurs technologies sont déjà disponibles pour appliquer des forces contrôlées et étudier ces mécanismes, mais elles présentent un certain nombre de limitations. En particulier, elles sont très coûteuses et ne permettent pas d'étudier plusieurs récepteurs cellulaires à la fois, ce qui rend leur utilisation très chronophage si l'on veut collecter beaucoup de données.

Structures d'origami d'ADN

Afin de proposer une alternative, l'équipe de recherche dirigée par Gaëtan Bellot, chercheur Inserm au Centre de Biologie Structurale (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) a décidé d'utiliser la méthode de l'origami d'ADN. Celle-ci permet l'auto-assemblage de nanostructures 3D sous une forme prédéfinie en utilisant la molécule d'ADN comme matériau de construction. Au cours des dix dernières années, cette technique a permis des avancées majeures dans le domaine des nanotechnologies.

Les chercheurs ont ainsi pu concevoir un "nano-robot" composé de trois structures d'origami d'ADN. De taille nanométrique, il est donc compatible avec la taille d'une cellule humaine. Il permet pour la première fois d'appliquer et de contrôler une force avec une résolution de 1 piconewton, soit un trillionième de Newton - 1 Newton correspondant à la force d'un doigt cliquant sur un stylo. C'est la première fois qu'un objet fabriqué par l'homme, auto-assemblé et basé sur l'ADN, peut appliquer une force avec cette précision.

L'équipe a commencé par coupler le robot avec une molécule qui reconnaît un mécanorécepteur. Cela a permis de diriger le robot vers certaines de nos cellules et d'appliquer spécifiquement des forces à des mécanorécepteurs ciblés localisés à la surface des cellules afin de les activer.

Un tel outil est très précieux pour la recherche fondamentale, car il pourrait être utilisé pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la mécanosensibilité cellulaire et découvrir de nouveaux récepteurs cellulaires sensibles aux forces mécaniques. Grâce au robot, les scientifiques pourront également étudier plus précisément à quel moment, lors de l'application d'une force, des voies de signalisation clés pour de nombreux processus biologiques et pathologiques sont activées au niveau cellulaire.

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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