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Parutions

 

Transférer des petits ARNs dans une cellule cible avec l’électricité

 

Observer et caractériser des mécanismes biologiques élémentaires en temps réel sur des cellules vivantes est devenu un enjeu majeur pour les sciences du vivant. Une équipe de l’Institut de pharmacologie et de biologie structurale (CNRS/Université Paul Sabatier - Toulouse III) a identifié, par vidéo-microscopie au niveau de la cellule unique, le mécanisme biophysique qui caractérise le transfert par électroperméabilisation des ARNs interférents dans les cellules. Ces résultats ont fait l’objet d’un article publié dans la revue PNAS le 13 juin 2011.

 

La plupart des maladies impliquent des gènes qui se trouvent surexprimés ou exprimés au mauvais endroit dans l'organisme. La découverte de l’interférence ARN en 1998 a ouvert de nouvelles voies thérapeutiques et a valu le Prix Nobel de médecine à Andrew Fire et Craig Mello en 2006. L’acteur clé de ce phénomène naturel, l’ARN interférent (ARNi), est une petite molécule qui bloque la traduction d’une protéine, c’est à dire l’expression d’un gène et d'une fonction physiologique donnée. Contrôler l’expression des gènes grâce à l’interférence ARN serait donc une forme de thérapie génique moléculaire d'une efficacité presque sans limites, notamment contre les maladies virales ou cancéreuses.

Cependant, l’interférence ARN n’a pas encore fait ses preuves en clinique du fait de la difficulté à transférer les ARNs interférents spécifiques d’un gène dans le cytoplasme des cellules cibles, de manière efficace et sans effets secondaires. C’est pourquoi l’équipe « Biophysique cellulaire » dirigée par Marie-Pierre Rols à l’IPBS s’est penchée sur l’électrotransfert de ces petites molécules d’ARN. Cette technique physique de vectorisation également appelée électroperméabilisation, consiste à injecter une molécule d’intérêt thérapeutique (molécule anticancéreuse, ADN, ARN) dans un tissu et à administrer des impulsions électriques qui perméabilisent les membranes plasmiques, permettant ainsi l'entrée des molécules dans les cellules.

Les chercheurs sont parvenus à transférer par électroperméabilisation des ARNs interférents fluorescents dans le cytoplasme de cellules cancéreuses ciblées. L’observation en temps réel au niveau de la cellule unique a permis de décrypter le mécanisme biophysique à l’origine de cet électrotransfert. Ils ont tout d’abord prouvé l’efficacité du champ électrique à vectoriser l’ARNi au sein de la cellule cancéreuse et l’aptitude de ce dernier à inhiber le gène cible, une fois arrivé à destination. Les scientifiques ont également montré que le champ électrique agit à la fois sur la perméabilisation de la membrane plasmique des cellules et sur la poussée électrophorétique des molécules chargées. Ils ont ensuite observé que la cinétique de transfert des ARNs interférents est compatible avec la création de « structures transitoires de perméabilisation », qui impliquent un mécanisme spécifique des propriétés physico-chimiques (charge et taille) des molécules injectées. Dans le cas d’ARNs interférents, ce processus est différent de ce qui a déjà été décrit pour des petites molécules anticancéreuses comme le cis-platine ou la bléomycine, qui diffusent librement à travers les membranes électroperméabilisées, ou pour de très grosses molécules, telles que l'ADN plasmidique, qui interagissent avec les membranes pendant l’impulsion électrique, avant d’être transférées ultérieurement dans les cellules (*).

L’électroperméabilisation est utilisée avec succès pour le transfert de molécules actives vers des cellules cancéreuses ou tumorales, notamment dans l’électrochimiothérapie, procédé qui combine alternativement électrotransfert et chimiothérapie douce. L’approche biophysique décrite dans ce travail lève le blocage lié au transfert par électroperméabilisation d’ARNs interférents dans des cellules cancéreuses et alimente la mise au point future de protocoles cliniques et d’outils de thérapie plus ciblés et donc plus efficaces.


 

Figure : La microscopie à fluorescence permet de visualiser en temps réel le transfert par électroperméabilisation de petits ARNs interférents. Ceux-ci traversent la membrane plasmique des cellules selon un mécanisme électrophorétique et se retrouvent directement dans le cytoplasme des cellules. © IPBS, Aurélie Paganin-Gioanni

 

 

 

Note

  • (*) Direct visualization at the single-cell level of electrically mediates gene delivery, Muriel Golzio, Justin Teissié, Marie-Pierre Rols, PNAS 99(3):1292-1297, Published online January 29, 2002, doi:10.1073/pnas.022646499.

 

En savoir plus

  • Direct visualization at the single-cell level of siRNA electrotransfer into cancer cells, Aurélie Paganin-Gioanni, Elisabeth Bellard, Jean-Michel Escoffre, Marie-Pierre Rols, Justin Teissié, Muriel Golzio, PNAS 108(26):10443-10447, Published online June 13, 2011, doi:10.1073/pnas.1103519108.

 

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