"Avec des approches innovantes, des chercheurs créent des cellules artificielles fonctionnelles qui agissent comme des cellules vivantes, comblant le fossé entre les matériaux synthétiques et les structures vivantes" par Science Daily

ISIAS Biologie Cellules artificielles

Avec des approches innovantes, des chercheurs créent des cellules artificielles fonctionnelles qui agissent comme des cellules vivantes, comblant le fossé entre les matériaux synthétiques et les structures vivantes

Traduction du 27 avril 2024 – avec ajout de compléments sur le Cytosquelette - par Jacques Hallard d’un article du 23 avril 2024 diffusé par ‘sciencedaily.com’ sous le titre Researchers create artificial cells that act like living cells ; référence : https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240423135213.htm

Source de l’information : Université de Caroline du Nord à Chapel Hill

[L’université de Caroline du Nord à Chapel Hill est une grande université publique de recherche américaine, située à Chapel Hill. Constituant le plus grand et le plus sélectif des six campus de l’université de Caroline du Nord, UNC Chapel Hill est considérée parmi les meilleures universités publiques du pays… Wikipédia - Adresse : Chapel Hill, NC, États-Unis - Taux d’admission : 17,1% (2022) IPEDS - Frais de scolarité (premier cycle universitaire) : Frais de scolarité pour les étudiants locaux 8 989 USD, Frais de scolarité pour les étudiants nationaux 37 550 USD (2022 – 23) IPEDS - Mascotte : Rameses Nombre d’inscrits : 29 469 (2017) ]

Résumé :

Les chercheurs décrivent les étapes qu’ils ont suivies pour manipuler l’ADN et les protéines - éléments constitutifs essentiels de la vie - afin de créer des cellules qui ressemblent et agissent comme des cellules du corps. Cette réalisation, une première dans le domaine, a des implications pour les efforts en médecine régénérative, pour les systèmes d’administration de médicaments et les outils de diagnostic.

Texte complet :

Dans une nouvelle étude publiée dans ‘Nature Chemistry’, Ronit Freeman, chercheuse à l’UNC-Chapel Hill, et ses collègues décrivent les étapes qu’ils ont suivies pour manipuler l’ADN et les protéines - éléments constitutifs essentiels de la vie - pour créer des cellules qui ressemblent et agissent comme des cellules du corps. Cette réalisation, une première dans le domaine, a des implications pour les efforts en médecine régénérative, pour les systèmes d’administration de médicaments et les outils de diagnostic.

’Avec cette découverte, nous pouvons penser à des tissus d’ingénierie ou des tissus qui peuvent être sensibles aux changements de leur environnement et se comporter de manière dynamique’, explique Freeman, dont le laboratoire se trouve au Département des Sciences physiques appliquées du Collège des Arts et des Sciences de l’UNC.

Les cellules et les tissus sont constitués de protéines qui s’assemblent pour effectuer des tâches et créer des structures. Les protéines sont essentielles pour former la charpente d’une cellule, appelée cytosquelette. Sans cela, les cellules ne pourraient pas fonctionner. Le cytosquelette permet aux cellules d’être flexibles, à la fois en forme et en réponse à leur environnement.

[Addenda - Le cytosquelette est un réseau de protéines dans le cytoplasme de toute cellule. Il regroupe des protéines polymérisées en fibre, des protéines de liaison, et des protéines motrices. Les trois principaux composants du cytosquelette sont les microfilaments d’actine, les filaments intermédiaires, et les microtubules. Le cytosquelette a un rôle structural puisqu’il est responsable de la forme de la cellule, de l’intégration de celle-ci dans un tissu, et du positionnement des organites, mais aussi dynamique puisqu’il est responsable des mouvements des organites dans la cellule et des mouvements de la cellule elle-même. Les cytosquelettes des cellules eucaryotes sont assez similaires, bien qu’ils dépendent notamment de la spécialisation cellulaire. Les cytosquelettes des cellules procaryotes, récemment mis en évidence, semblent plus différents. Sans utiliser des protéines naturelles, le laboratoire Freeman a construit des cellules avec des cytosquelettes fonctionnels qui peuvent changer de forme et réagir à leur environnement. Pour ce faire, ils ont utilisé une nouvelle technologie programmable peptide-ADN qui dirige les peptides, les éléments constitutifs des protéines, et réutilisé le matériel génétique pour travailler ensemble pour former un cytosquelette… - Wikipédia ]

Suite de l’article traduit

’L’ADN n’apparaît normalement pas dans un cytosquelette’, explique Freeman. ’Nous avons reprogrammé des séquences d’ADN de sorte qu’elles agissent comme un matériau architectural, liant les peptides entre eux. Une fois ce matériau programmé placé dans une gouttelette d’eau, les structures ont pris forme.’

La capacité de programmer l’ADN de cette manière signifie que les scientifiques peuvent créer des cellules pour remplir des fonctions spécifiques et même affiner la réponse d’une cellule aux facteurs de stress externes. Bien que les cellules vivantes soient plus complexes que les cellules synthétiques créées par le laboratoire Freeman, elles sont également plus imprévisibles et plus sensibles aux environnements hostiles, comme les températures extrêmes.

’Les cellules synthétiques étaient stables même à 122 degrés Fahrenheit [(122°F − 32) × 5/9 = 50°C], ouvrant la possibilité de fabriquer des cellules aux capacités extraordinaires dans des environnements normalement inadaptés à la vie humaine’, explique Freeman.

Au lieu de créer des matériaux conçus pour durer, Freeman dit que leurs matériaux sont conçus pour accomplir une tâche spécifique, puis se modifient pour remplir une nouvelle fonction. Leur application peut être personnalisée en ajoutant différents modèles de peptides ou d’ADN pour programmer des cellules dans des matériaux tels que des tissus... Ces nouveaux matériaux peuvent s’intégrer à d’autres technologies cellulaires synthétiques, toutes avec des applications potentielles qui pourraient révolutionner des domaines comme la biotechnologie et la médecine.

’Cette recherche nous aide à comprendre ce qui fait la vie’, explique Freeman. ’Cette technologie de cellules synthétiques nous permettra non seulement de reproduire ce que fait la nature, mais aussi de fabriquer des matériaux qui surpassent la biologie.’

Source de l’article : Materials provided by University of North Carolina at Chapel Hill. Original written by Carleigh Gabryel. Note : Content may be edited for style and length. Matériel fourni par l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. Texte original rédigé par Carleigh Gabryel. Note : Le contenu peut être modifié pour des raisons de style et de longueur.

Référence du journal : Margaret L. Daly, Kengo Nishi, Stephen J. Klawa, Kameryn Y. Hinton, Yuan Gao, Ronit Freeman. Designer peptide–DNA cytoskeletons regulate the function of synthetic cells.[ Des cytosquelettes peptide-ADN régulent la fonction des cellules synthétique] - Nature Chemistry, 2024 ; DOI : 10.1038/s41557-024-01509-w

Citez cette page : MLA APA Chicago - University of North Carolina at Chapel Hill. ’Researchers create artificial cells that act like living cells.’ ScienceDaily. ScienceDaily, 23 April 2024. <www.sciencedaily.com/releases/2024/...> .

Université de Caroline du Nord à Chapel Hill. « Les chercheurs créent des cellules artificielles qui agissent comme des cellules vivantes ». ScienceDaily. ScienceDaily, 23 avril 2024. <www.sciencedaily.com/releases/2024/...> .

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Compléments - Cytosquelette : qu’est-ce que c’est ? par la rédaction Futura le 17 mars 2024

Le cytosquelette correspond au squelette cellulaire, présent dans presque toutes les cellules des organismes vivants, tant chez les eucaryotes (cellules animales, végétales, fongiques et protistes) que chez les procaryotes (bactéries et archées). Cependant, la composition et l’organisation du cytosquelette peuvent varier considérablement entre ces différents types de cellules.

Chez les eucaryotes, le cytosquelette est bien développé, c’est un réseau complexe de filaments protéiques présents dans le cytoplasme des cellules : protéines polymérisées en fibres, de protéines de liaison et de protéines motrices. Ces différents types de protéines interagissent entre eux pour former un réseau complexe et dynamique qui assure diverses fonctions essentielles au sein de la cellule.

• Les protéines polymérisées en fibres sont les éléments structuraux principaux du cytosquelette. Elles comprennent les microfilaments d’actine, les microtubules et les filaments intermédiaires. Ces protéines s’assemblent les unes aux autres pour former des filaments ou des structures tubulaires qui confèrent à la cellule sa forme, sa rigidité et son organisation interne.
• Les protéines de liaison sont des éléments régulateurs et structuraux qui interagissent avec les protéines polymérisées en fibres. Elles peuvent se lier directement aux filaments du cytosquelette, régulant ainsi leur assemblage, leur désassemblage ou leur stabilité. Certaines protéines de liaison assurent également la connexion entre les différents types de filaments ou relient le cytosquelette à la membrane plasmique, au noyau ou à d’autres organites cellulaires.
• Les protéines motrices sont des enzymes capables de générer des forces mécaniques en utilisant l’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP. Elles interagissent avec les filaments du cytosquelette pour assurer le transport intracellulaire des organites et des vésicules, ainsi que les mouvements cellulaires. Les protéines motrices les plus courantes sont la myosine (qui interagit avec les microfilaments d’actine), les dynéines et les kinésines (qui interagissent avec les microtubules).

  

   Les éléments du cytosquelette peuvent être marqués à l’aide de protéines fluorescentes. Ici l’actine est en rouge, les microtubules en vert (et le noyau en bleu). © Domaine public, Wikimedia Commons

 Les éléments du cytosquelette peuvent être marqués à l’aide de protéines fluorescentes. Ici l’actine est en rouge, les microtubules en vert (et le noyau en bleu). © Domaine public, Wikimedia Commons

Structure du cytosquelette

Le cytosquelette est composé des trois types principaux de filaments : les microfilaments d’actine, les microtubules et les filaments intermédiaires. Chacun de ces types de filaments a des propriétés structurales et mécaniques différentes, ce qui leur permet de remplir diverses fonctions au sein de la cellule. Ces éléments forment un réseau complexe et dynamique qui s’étend dans tout le cytoplasme et assure diverses fonctions essentielles à la cellule.

Les microfilaments d’actine

Les microfilaments sont constitués de deux brins d’actine enroulés en hélice, formant des filaments d’environ 7 nm de diamètre. L’actine est une protéine globulaire (G-actine) qui peut s’assembler et se désassembler rapidement pour former des filaments (F-actine). Cette propriété dynamique permet aux microfilaments de jouer un rôle essentiel dans la motilité cellulaire, la contraction musculaire et le maintien de la forme cellulaire. Les microfilaments interagissent également avec d’autres protéines, comme la myosine, pour générer des forces mécaniques nécessaires aux mouvements cellulaires.

Les microtubules

Les microtubules sont des structures tubulaires creuses d’environ 25 nm de diamètre, composées de dimères de tubuline (une protéine formée par l’association d’une α-tubuline et d’une β-tubuline). Les dimères s’assemblent longitudinalement pour former des protofilaments, qui s’associent ensuite latéralement pour former le microtubule. Ces derniers sont impliqués dans divers processus cellulaires, tels que le transport intracellulaire, la division cellulaire et le maintien de la forme cellulaire. Ils servent notamment de « rails » pour le déplacement des organites et des vésicules grâce à des moteurs protéiques comme les dynéines et les kinésines.

Les filaments intermédiaires

Les filaments intermédiaires sont des structures filamenteuses d’environ 10 nm de diamètre, composées de protéines fibreuses appartenant à différentes familles (cytokératines, vimentine, desmine, neurofilaments, etc.). Contrairement aux microfilaments et aux microtubules, les filaments intermédiaires ne présentent pas de polarité et sont relativement stables. Ils forment un réseau tridimensionnel qui confère une résistance mécanique à la cellule et assure le maintien de la forme cellulaire, en particulier sous la membrane plasmique et autour du noyau. Les filaments intermédiaires participent également à l’ancrage des organites et à la communication intercellulaire en reliant les cellules voisines par des jonctions communicantes et des desmosomes.

En plus de ces protéines structurales, le cytosquelette interagit avec de nombreuses autres protéines régulatrices, motrices ou adaptatrices qui jouent un rôle essentiel dans son assemblage, sa dynamique et ses fonctions cellulaires. Parmi ces protéines, on peut citer les protéines liant l’actine (comme la profiline, la cofiline ou la gelsoline), les moteurs protéiques associés aux microtubules (dynéines et kinésines) ou encore les protéines d’ancrage reliant le cytosquelette à la membrane plasmique ou aux organites.

Fonctions du cytosquelette

Le cytosquelette assure une certaine rigidité à la cellule et sert à la fixation des organites (équivalents pour la cellule des organes pour un organisme). Le cytosquelette se réorganise en permanence et gouverne ainsi les mouvements internes (déplacement des chromosomes par exemple) et les déformations de sa membrane (production de protubérances, d’invaginations, de sites d’adhésions...).

Les rôles du cytosquelette sont multiples et essentiels au bon fonctionnement de la cellule, tels que le maintien de la forme cellulaire, le soutien des organites, le transport intracellulaire et la division cellulaire. 

• Maintien de la forme cellulaire : le cytosquelette confère à la cellule sa forme et sa rigidité en formant un réseau tridimensionnel qui s’étend dans tout le cytoplasme. Les filaments intermédiaires forment notamment un réseau stable autour du noyau et sous la membrane plasmique, assurant ainsi la résistance mécanique de la cellule.
• Soutien et ancrage des organites : les éléments du cytosquelette servent également d’échafaudage pour soutenir et maintenir en place les différents organites cellulaires, tels que les mitochondries, les ribosomes ou le réticulum endoplasmique.
• Mouvement cellulaire : les microfilaments d’actine et les microtubules sont impliqués dans les mouvements cellulaires, comme la migration des cellules lors de processus tels que la cicatrisation des plaies ou le développement embryonnaire. Ils interviennent également dans la contraction musculaire et la division cellulaire.
• Transport intracellulaire : le cytosquelette joue un rôle crucial dans le transport vésiculaire et le trafic des protéines au sein de la cellule. Les microtubules servent de « rails » sur lesquels se déplacent des moteurs protéiques (dynéines et kinésines) qui transportent les vésicules et autres organites d’un endroit à un autre.
• Division cellulaire : lors de la mitose, les microtubules forment le fuseau mitotique, une structure responsable de la séparation des chromosomes entre les deux cellules filles. Les microfilaments d’actine participent quant à eux à la cytokinèse, processus par lequel la cellule se divise en deux en formant un sillon de clivage.
• Communication intercellulaire : le cytosquelette est impliqué dans la transmission des signaux entre les cellules voisines, notamment grâce aux jonctions communicantes et aux desmosomes qui relient les filaments d’actine et les filaments intermédiaires des cellules adjacentes.
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Source : https://www.futura-sciences.com/sante/definitions/biologie-cytosquelette-5325/

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