La recherche collaborative à l’Université de Cincinnati a développé une nouvelle sonde pour mieux étudier les cellules qui a déjà conduit à de nouvelles connaissances sur certains processus cellulaires.
Jiaji Diao de l’UCLA, PhD, et Yujie Sun, PhD, sont les principaux auteurs d’une nouvelle recherche publiée le 4 mai dans Capteurs ACS.
Concentrez-vous sur les particules internes
Les recherches de l’équipe se sont concentrées sur les organites, ou structures spécialisées qui remplissent diverses fonctions au sein des cellules, appelées endolysosomes. Les lysosomes sont des organites qui agissent comme le « centre de recyclage » de la cellule, réutilisant des blocs de construction cassés ou défectueux à diverses fins, et les endosomes sont un sous-ensemble de lysosomes qui commencent comme un organite différent appelé endosome.
Les lysosomes sont un organite important à étudier car des anomalies peuvent entraîner des maladies dites de stockage lysosomal qui provoquent une accumulation de substances toxiques dans les cellules. Les perturbations de la fonction lysosomale sont également associées aux maladies neurodégénératives et au cancer.
Si les lysosomes ne fonctionnent pas normalement, la cellule accumulera beaucoup de déchets, ce qui finira par entraîner la mort cellulaire.
Jiaji Diao, MD, membre du University of Cincinnati Cancer Center et professeur agrégé au département de biologie du cancer à la University of California School of Medicine
Dans le processus de transition de l’endosome au lysosome, ces organites modifient les niveaux de pH d’un environnement neutre à un environnement acide. Si l’environnement n’est pas suffisamment acide, les lysosomes ne peuvent pas remplir correctement leurs fonctions d’élimination et de recyclage des déchets.
« Nous essayons de visualiser ce processus, nous essayons de suivre l’ensemble du processus de modification de l’endosome, et nous essayons de déterminer dans quel état et à quel endroit ces endosomes deviendront anormaux », a déclaré Diao.
Nouvelle sonde
L’équipe Diao et Sun a publié l’année dernière des recherches sur la sonde ECGreen qui a pris une teinte verte plus brillante lorsque l’environnement cellulaire est devenu plus acide. Bien qu’il s’agisse d’un pas en avant, Diao a déclaré qu’ECGreen avait encore des limites.
« Il est difficile de mesurer vos abdominaux, car je sais seulement qu’ils diminuent », a déclaré Diao. « La densité augmente, mais de combien? Il n’y a aucun moyen de vraiment calibrer cette valeur. »
La dernière sonde développée par l’équipe devient verte lorsqu’elle se trouve dans un environnement neutre et devient rouge lorsque l’environnement de la cellule devient plus acide.
« Nous avons un signal rouge et un signal vert, et en calculant le rapport, nous pouvons calibrer la valeur exacte du pH », a déclaré Diao. « Il s’agit d’une mesure beaucoup plus puissante et plus précise du pH dans l’endosome, c’est donc un énorme avantage. »
« Notre sonde montre une excellente fluorescence sensible au pH dans les interparticules à différents stades d’intérêt », a ajouté Sun, membre du centre de cancérologie, professeur associé et directeur associé du programme d’études supérieures du département de chimie de l’UCLA.
Recherche en action
Lorsque l’environnement d’une cellule change, comme lorsqu’une cellule est endommagée, elle a besoin d’un nombre accru de lysosomes pour recycler ou nettoyer la cellule. Mais les cellules de processus utilisées pour augmenter le nombre de lysosomes n’étaient pas connues auparavant.
En utilisant la nouvelle sonde, les chercheurs ont découvert que quel que soit l’environnement dans lequel se trouve une cellule, et qu’il s’agisse d’une cellule normale ou anormale, elle maintiendra une proportion constante d’endosomes qui se transformeront ensuite en lysosomes.
« En appliquant la sonde à petite molécule dans des cellules vivantes, nous avons pu détecter un taux de conversion constant des endosomes précoces aux endosomes/lysosomes tardifs », a déclaré Sun. « Nous sommes très heureux d’avoir pu découvrir ce taux de conversion stable. »
Diao note que pour la première fois, l’équipe a découvert que ce processus de l’endosome au lysosome est régi par un processus complexe contrôlé par les protéines.
« Ce processus est très structuré et vous ne pouvez sauter aucune étape, même s’il s’agit d’une urgence », a déclaré Diao.
demandes d’enquête
En plus des utilisations décrites dans la recherche publiée, Diao a déclaré qu’il existe un certain nombre d’autres applications pour la nouvelle sonde.
« Nous pouvons savoir où se trouve l’endosome, nous pouvons connaître le nombre, nous pouvons connaître le changement de pH, nous pouvons connaître la taille de l’endosome », a-t-il déclaré. « Finalement, nous aurons tous les paramètres sur les endosomes à l’intérieur de la cellule. »
Avec toutes ces informations, l’équipe développe un logiciel d’apprentissage automatique qui sera capable de diagnostiquer rapidement les anomalies cellulaires et de diagnostiquer les problèmes de lysosomes pouvant entraîner des maladies. Cette méthode serait plus rapide et plus rentable que le séquençage actuel des gènes et des protéines, et en pratique, le patient ne pourrait être qu’en bonne santé et subir un simple test sanguin qui lui indiquerait s’il présente des facteurs de risque pour certaines maladies lysosomales.
« Tout ce que vous avez à faire est de colorier, et en 10 minutes vous avez toutes les informations », a déclaré Diao. « Nous essayons en fait de développer un système avec ces capteurs afin de pouvoir effectuer des diagnostics rapides. »
Les chercheurs étudient également des traitements qui affectent la transition de l’endosome au lysosome pour accélérer le processus complexe, y compris la recherche utilisant la lumière pour accélérer le processus.
« Les résultats de nos recherches montrent qu’il s’agit d’une direction très prometteuse dans la conception et le développement de petits capteurs fluorescents pour les applications de bioimagerie, en particulier lorsqu’ils sont combinés à une microscopie à haute résolution », a déclaré Sun. « Nous continuerons à développer de nouveaux capteurs fluorescents aux fonctions multiples. »
D’autres chercheurs de l’UCLA ont commencé à utiliser la sonde, et l’équipe travaille sur le brevetage et la commercialisation de la technologie.
« Je pense que c’est un travail vraiment classique qui résulte d’une collaboration », a déclaré Diao. « Le Dr Sun et notre groupe travaillent ensemble et rendent l’ensemble du processus très rapide et très efficace. Nous voulons accélérer toute cette découverte. »
« L’expertise complémentaire du Dr Diao et mes propres collections permettent de travailler sur ces projets collaboratifs », a ajouté Sun. « L’interaction synergique entre nos groupes est la clé du succès. »
source:
Référence de la revue :
Chen, R.; et coll. (2023). La constante de vitesse de conversion des solutions internes a été détectée par une sonde fluorescente sensible au pH. Capteurs ACS. doi.org/10.1021/acsensors.3c00340.
