Une toxine qui a du bon
Leurs travaux ouvrent la voie à de nouvelles applications dans les technologies de laboratoire sur puce, les biocapteurs et les prototypes de cellules artificielles
Des chercheurs du réseau SNI ont découvert une nouvelle façon de fusionner des vésicules lipidiques à pH neutre. En exploitant un fragment de la toxine diphtérique, l'équipe a réussi à fusionner les membranes des vésicules sans avoir recours à un prétraitement ou à des conditions difficiles. Leurs travaux, récemment publiés dans Communications Chemistry, ouvrent la voie à de nouvelles applications dans les technologies de laboratoire sur puce, les biocapteurs et les prototypes de cellules artificielles.
Des acides aminés spécifiques chargés positivement du domaine de la toxine diphtérique (points gris) se lient aux membranes des vésicules chargées négativement (T-SVs - T-domain-associated smaller vesicles). Les vésicules adhèrent ensuite à une surface en verre. Il en résulte une tension asymétrique dans la membrane (rouge). Lorsque d'autres vésicules flottant librement dans la solution fusionnent avec une vésicule adhérente, la tension de la membrane est réduite et des vésicules plus grandes (LV) sont formées.
P. Jasko, University of Basel and PSI
Les vésicules lipidiques - de minuscules sphères entourées de membranes - sont des outils importants en médecine et en nanotechnologie. Elles peuvent transporter des agents pharmaceutiques vers des cellules et des tissus spécifiques ou contenir des agents de contraste pour les examens diagnostiques. D'autre part, elles peuvent servir de blocs de construction polyvalents en biologie synthétique, où la fusion contrôlée permet de créer des compartiments plus grands qui imitent la complexité des cellules vivantes en partageant et en combinant leur contenu.
Il existe plusieurs façons de fabriquer des vésicules plus grandes, comme l'électroporation ou la production microfluidique. Une autre stratégie attrayante, inspirée de la biologie, consiste à laisser les petites vésicules fusionner pour former des compartiments plus grands. La fusion est particulièrement intéressante car elle imite les processus naturels et permet aux compartiments de se développer et de se connecter de manière dynamique. Pourtant, réaliser une fusion membranaire bien contrôlée en laboratoire, en particulier sans prétraitement des vésicules, a longtemps été un défi. Afin d'ouvrir la voie à des applications dans le monde réel, les chercheurs étudient l'utilisation de protéines spécifiques pour contrôler et cibler la fusion des vésicules.
La toxine diphtérique permet la fusion des membranes
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Cornelia Palivan du département de chimie de l'université de Bâle et le docteur Richard A. Kammerer de l'Institut Paul Scherrer (PSI) vient de réaliser une percée dans le domaine de la fusion membranaire pilotée par les protéines en laboratoire, en utilisant la toxine diphtérique.
"Une partie spécifique de la toxine diphtérique, connue sous le nom de domaine T, peut induire une fusion membranaire même à pH neutre, sans qu'il soit nécessaire de fonctionnaliser les membranes des vésicules pendant la production. C'est unique, car cette toxine agit normalement dans des conditions acides dans les cellules", explique Piotr Jasko, premier auteur de l'étude et doctorant à l'Institut suisse des nanosciences. "Dans nos expériences, nous avons pu montrer comment la liaison du domaine T de la toxine conduit à la fusion membranaire sans compromettre l'intégrité de la membrane", ajoute-t-il.
Les acides aminés chargés positivement sont essentiels
Certains acides aminés chargés positivement dans la protéine diphtérique jouent un rôle dans la fusion à pH neutre. Les acides aminés se lient à la membrane des vésicules chargées négativement et permettent ensuite l'adsorption des vésicules sur une surface en verre.
La tension asymétrique qui en résulte dans la membrane est le déclencheur de la fusion des particules attachées et flottantes, qui s'accompagne d'une réduction de la tension membranaire. Les vésicules qui n'adhèrent pas à la plaque de verre et qui flottent librement dans la solution ne fusionnent pas entre elles.
"Selon l'intensité de la charge positive du domaine T ou la quantité de lipides chargés négativement, la fusion produit beaucoup de petites ou moins de grandes vésicules, qui conservent dans tous les cas leur forme sphérique", explique Richard Kammerer.
"La fusion membranaire ciblée à pH neutre est d'un grand intérêt pour nous car elle peut être utilisée pour de nombreuses applications. Elle constitue la base de diverses technologies de laboratoires sur puce, de biocapteurs et d'une éventuelle utilisation d'analogues synthétiques des liposomes - polymersomes pour produire des imitations cellulaires chimiquement plus avancées et plus stables", commente Cornelia Palivan.
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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