Les scientifiques font avancer l’étude des organites digestifs fragiles en développant une stratégie pour les extraire rapidement des cellules à l’aide de nanoparticules magnétiques –
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Le bon fonctionnement de nos cellules repose sur l’orchestration précise de nombreux processus et organites complexes. Les lysosomes – des organites cellulaires vitaux – sont des sous-unités remplies d’enzymes présentes dans de nombreuses cellules animales qui aident à décomposer et à réutiliser les macromolécules, telles que les protéines, les lipides et les nucléotides. Outre leur fonction dans la digestion cellulaire et la gestion des déchets, les lysosomes participent également à la signalisation des acides aminés, ce qui stimule la synthèse des protéines aux côtés d’autres effets.
Étant donné que de nombreuses maladies sont causées par des défauts de la fonction des lysosomes, il n’est pas surprenant que les chercheurs essaient activement de comprendre ces organites depuis des décennies. Mais il n’y a que quelques techniques qui permettent l’extraction de lysosomes à l’intérieur d’une cellule. La méthode la plus courante est appelée “ultracentrifugation à gradient de densité”. Il s’agit de briser doucement la membrane cellulaire et d’appliquer une force centrifuge au contenu de la cellule. Cela sépare les composants de la cellule par densité. Malheureusement, certains autres organites ont la même densité que les lysosomes, ce qui donne des échantillons contenant des impuretés. De plus, le processus prend tellement de temps qu’au moment où il se termine, de nombreuses protéines lysosomales ont déjà été perdues et/ou dégradées.
Une technique plus avancée, appelée “immunoprécipitation”, consiste à modifier les protéines de surface des lysosomes afin qu’elles puissent être capturées par des billes magnétiques recouvertes d’anticorps spécialement adaptés. Bien que cette approche produise des résultats plus purs, la composition en protéines des lysosomes extraits est modifiée par la procédure et, par conséquent, les analyses de protéines ultérieures peuvent être compromises. Il est donc clair que nous devons trouver un meilleur moyen d’extraire les lysosomes des cellules.
Heureusement, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Shinya Maenosono du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) est intervenue et a développé une nouvelle stratégie pour séparer rapidement les lysosomes intacts avec une grande pureté. Cette étude a été publiée dans ACS Nano et comprenait également le professeur Kazuaki Matsumura et le professeur associé Yuichi Hiratsuka de JAIST, et le professeur Tomohiko Taguchi de l’Université de Tohoku, Japon.
Leur stratégie est centrée sur l’utilisation de nanoparticules hybrides magnétiques-plasmoniques (MPNP) constituées d’argent et d’un alliage fer-cobalt et recouvertes d’un composé appelé amino dextrane (aDxt). La base de cette approche est que les MPNP couverts par aDxt sont naturellement ingérés par les cellules par « endocytose », qui culmine à l’intérieur des lysosomes. Une fois que suffisamment de MPNP se sont accumulés à l’intérieur des lysosomes, les cellules peuvent être doucement “écrasées” et les lysosomes récupérés à l’aide d’aimants.
Pour que cette méthode fonctionne, il est essentiel que les MPNP soient localisés uniquement dans les lysosomes et non dans d’autres organites. C’est là que l’imagerie plasmonique est utile, car la manière distincte dont les nanoparticules plasmoniques interagissent avec la lumière les rend faciles à visualiser avec un microscope optique. En coloriant différemment chaque type d’organite de la voie endocytaire à l’aide d’une immunocoloration et en vérifiant comment l’emplacement des MPNP les chevauche, les chercheurs ont déterminé le temps précis qu’il faut à la plupart des MPNP pour atteindre les lysosomes. À son tour, cela garantit que le processus de séparation produit des échantillons de lysosome d’une grande pureté.
Par la suite, l’équipe a analysé les effets de la température et du temps de séparation magnétique sur la composition protéique des lysosomes extraits. Leurs résultats ont montré que la perte de protéines était remarquablement rapide, même à des températures aussi basses que 4°C. Heureusement, leur approche a été suffisamment rapide pour extraire des lysosomes intacts, comme le souligne le professeur Maenosono : « Nous avons constaté que le temps maximum requis pour isoler les lysosomes après la rupture des cellules était de 30 minutes, ce qui est nettement plus court que le temps requis en utilisant des techniques basées sur la centrifugation, qui nécessitent généralement un temps de séparation minimum de plusieurs heures.”
Dans l’ensemble, cette nouvelle technique aidera les chercheurs à explorer les métabolites fragiles des lysosomes et comment ils changent en réponse aux stimuli. À son tour, cela ouvrira la voie à de nouvelles connaissances sur les troubles liés au dysfonctionnement lysosomal. À cet égard, le professeur Maenosono remarque : « Étant donné la relation profonde des lysosomes avec de nombreux métabolites cellulaires, une compréhension plus approfondie de la fonction lysosomale est nécessaire pour déterminer sa régulation dans différents états cellulaires. Par conséquent, notre technique peut contribuer à une meilleure compréhension et un meilleur traitement de maladies lysosomales à l’avenir.” De plus, cette nouvelle approche pourrait être modifiée pour extraire d’autres organites en plus des lysosomes. Espérons que cette étude nous rapprochera de la compréhension du contenu des cellules à un degré beaucoup plus élevé.
