Une enzyme clonée à partir d’un insecte découvert par des chercheurs brésiliens – et génétiquement modifiée – permet de surveiller l’acidité intracellulaire et pourrait être utilisée pour étudier les maladies et les médicaments.
Le gène codant pour une enzyme provenant d’une luciole, découvert sur le campus de Sorocaba de l’université fédérale de São Carlos (UFSCar) au Brésil, a donné naissance à un biocapteur capable de détecter les variations de pH dans les cellules de mammifères, ce qui pourrait être utile, par exemple, pour étudier les maladies et évaluer la toxicité d’un médicament candidat.
La luciférase de l’espèce Amydetes vivianii passe du bleu-vert au jaune et au rouge lorsque l’acidité diminue dans les fibroblastes, le type de cellule le plus courant dans le tissu conjonctif. Elle le fait avec une grande intensité et stabilité, ce qui n’avait pas été obtenu avec d’autres luciférases testées par le groupe de recherche.
Ces travaux, soutenus par la FAPESP, ont été publiés dans la revue Biosensors.
Les luciférases sont des enzymes présentes dans les organismes bioluminescents qui produisent de la lumière en oxydant la luciférine, un composé qui doit également être présent dans le processus. La luciférase actuellement étudiée provient d’une espèce découverte en 2006 par l’un des coordinateurs de l’étude, Vadim Viviani, coordinateur du laboratoire de biochimie et de technologies bioluminescentes de l’UFSCar. L’enzyme a été clonée par son groupe de recherche en 2011.
« À l’intérieur de la cellule, les changements de pH peuvent indiquer des processus tels que l’homéostasie, la prolifération et la mort cellulaire, entre autres. Notre technique a le potentiel d’étudier les maladies ou la toxicité des médicaments, par exemple », souligne Vanessa Bevilaqua, premier auteur de l’article et titulaire d’une bourse postdoctorale à l’École des sciences médicales et de la santé de l’Université catholique pontificale de São Paulo (PUC-SP), campus de Sorocaba.
Les travaux ont été réalisés dans des laboratoires coordonnés par Viviani à l’UFSCar et par Eliana Duek à la PUC-SP. Duek est également soutenue par la FAPESP.
D’autres luciférases testées par le groupe produisaient une lumière rougeâtre qui changeait moins de couleur à la température de 36 °C à laquelle les cellules de mammifères fonctionnent.
« La nouvelle luciférase a été modifiée pour être mieux exprimée dans les cellules de mammifères. En plus d’avoir une plus grande plage de changement de couleur de la lumière, elle a une plus grande stabilité et fournit une [intensité] lumineuse plus forte. La technique est non toxique et ne dépend pas d’une source de lumière externe, comme c’est le cas avec la fluorescence, une autre façon d’utiliser la lumière pour étudier les cellules », explique M. Viviani.
Outre la capture d’images de bioluminescence avec des caméras à photodétection, les tests du groupe ont également permis de photographier la lumière émise par les luciférases dans les cellules de mammifères, même avec l’appareil photo d’un smartphone.
La lueur a été intense pendant les 30 premières minutes, puis a commencé à s’estomper. Bien que plus faible, elle s’est maintenue pendant au moins 12 heures, même si elle n’a pu être détectée qu’avec un équipement de photodétection avancé.
« Grâce à cela, il est possible d’utiliser la couleur de la lumière pour indiquer le pH à l’intérieur des cellules, y compris les cellules humaines, et d’en déduire s’il y a un stress cellulaire ou un autre effet lié à l’acidité. C’est quelque chose d’inédit que nous avons entièrement développé au Brésil », ajoute M. Viviani.
Légende illustration : À gauche, la luciférase modifiée appliquée à des cellules de mammifères génère un feu de signalisation de l’acidité : pH 6 (rouge), 7 (jaune) et 8 (vert) ; à droite, luciole découverte à l’UFSCar en 2006 (photos : Gabriel Pelentir et Vadim Viviani).
Article: « Selection and Engineering of Novel Brighter Bioluminescent Reporter Gene and Color- Tuning Luciferase for pH-Sensing in Mammalian Cells » – DOI: 10.3390/bios15010018
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