Parutions

 

Un nouvel outil pour étudier la fonction des protéines

 

Un système optique inédit permettant de décrypter la fonction de protéines endogènes a été développé par des chercheurs de l’Université de Californie et de l’Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (IPMC, CNRS/Université Nice Sophia-Antipolis). Ce système instantané et réversible, détaillé dans la revue Neuron, tire toute son efficacité d’un agent pharmacologique photoswitchable, que l’expérimentateur peut aisément contrôler.

 

Pour étudier la fonction d’un gène et de la protéine qui lui est associée, il existe deux possibilités. La première est de bloquer, via un agent pharmacologique, la fonction de la protéine, puis de comparer le phénotype des cellules avant et après cette opération. La seconde consiste à mettre au point des souris knock-out (KO), chez qui le gène a été invalidé, puis de comparer le phénotype des cellules issues de ces souris au phénotype de cellules sauvages.

Ces deux méthodes sont fréquemment utilisées en laboratoire, mais présentent néanmoins certaines limites. Chez les souris KO par exemple, il existe des redondances fonctionnelles, qui masquent le rôle de la protéine, ainsi que des effets au cours du développement, qui entraînent la production de phénotypes secondaires. En ce qui concerne l’utilisation d’agents pharmacologiques, les difficultés sont différentes : de nombreuses protéines n’ont pas de ligand spécifique et le blocage de l’activité d’une protéine s’avère parfois irréversible.

L’idéal serait donc de pouvoir éteindre la fonction d’un gène, de manière sélective, instantanée et réversible, afin de réaliser le test et le contrôle sur une même préparation biologique. C’est ce que sont parvenus à faire les chercheurs de l’IPMC et de l’Université de Californie, qui proposent aujourd’hui un tout nouveau système de contrôle optique des protéines endogènes comme le canal ionique TREK-1, qui permet aux cellules nerveuses de communiquer entre elles.

Ce système se base sur la création d’une protéine mutante composée d’une sous-unité conditionnelle photo-contrôlable, la PCS. Cette sous-unité contient à la fois un site de fixation covalente à un agent pharmacologique photoswitchable, le PTL, et une mutation qui l’empêche d’atteindre naturellement la membrane cellulaire. Seule, la protéine mutante n’est donc pas fonctionnelle et reste confinée à l’intérieur du réticulum endoplasmique. En revanche, si la protéine native est exprimée au sein de la cellule, la PCS s’y lie et le complexe ainsi formé migre jusqu’à la membrane plasmique. La protéine sauvage est alors placée sous contrôle optique, grâce à la sous-unité mutante contenant l’agent photoswitchable. C’est de cette manière que les scientifiques ont pu découvrir que les canaux TREK-1 constituent une cible inattendue des récepteurs GABA de type B, impliqués dans la transmission de l’information synaptique dans l’hippocampe.

Cette approche, testée avec succès in vitro et dans des circuits neuronaux intacts de souris, présente des performances uniques, à la fois sur le plan spatial et temporel. Il est en effet possible, grâce à la PCS, de contrôler la fonction d’un gène au micromètre et à la milliseconde près. Les chercheurs tentent maintenant d’évaluer la portée de ce nouvel outil sur l’animal vivant dans toute sa complexité.

 

 

Figure : Comment utiliser la lumière pour télécommander l'activité de protéines endogènes ? Exemple des canaux TREK1, marqués en vert sur une coupe de neurones marqués en rouge. La technique de la PCS permet de contrôler l’activité du canal TREK1 endogène par une impulsion lumineuse. Une impulsion lumineuse ultraviolette entraîne
l’obstruction du pore du canal (schématisé dans la partie inférieure droite), alors qu’une impulsion lumineuse verte débloque le canal (schématisé dans la partie supérieure gauche). En alternant la lumière verte et ultraviolette, on peut ainsi télécommander l'activité de TREK1 et déterminer sa fonction. © IPMC, Guillaume Sandoz

 

 

En savoir plus

• Optical control of endogenous proteins with a photoswitchable conditional subunit reveals a role for TREK1 in GABAB signaling, Guillaume Sandoz, Joshua Levitz, Richard Kramer, Ehud Isacoff, Neuron (2012), 74(6):1005-1014, doi:10.1016/j.neuron.2012.04.026.
  

 

Contact chercheur

• Guillaume Sandoz
  Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (IPMC)
  UMR 6097 CNRS/Université Nice Sophia-Antipolis
  660 route des lucioles
  06560 Valbonne