Étudiez d’abord pour montrer comment certaines toxines et certains médicaments pénètrent dans les cellules.
Pendant des décennies, les scientifiques se sont demandé comment les grosses molécules telles que les protéines traversaient les parois cellulaires, également appelées plasma membranes, sans laisser de trace. Cette capacité fait partie de ce qui rend certains médicaments – y compris certains traitements contre le cancer et le COVID-19[feminine vaccin – travail. Et c’est aussi ainsi que les toxines bactériennes pénètrent dans les cellules humaines et font des ravages.
Les chercheurs ont remarqué que certains peptides traversaient les membranes en poussant contre elles. Les peptides ont déformé la membrane en petits bourgeons circulaires. Les bourgeons se détachent ensuite sous forme de petites bulles, qui finissent par « éclater », permettant aux peptides d’être libérés à l’intérieur de la cellule. Crédit : Ashweta Sahni
Un exemple est la toxine diphtérique, qui est produite par Corynebacterium diphtheriae et provoque la diphtérie, une infection bactérienne grave et potentiellement mortelle du nez et de la gorge. Mais les mécanismes par lesquels ces protéines pénètrent dans les cellules humaines étaient un mystère scientifique.
Dehua Pei. Crédit : OSU
Une étude récente, publiée dans la revue ACS Biologie Chimique, répond à ce mystère. L’étude a identifié les façons dont les protéines traversent une membrane cellulaire, une découverte qui pourrait créer une base scientifique pour de meilleures façons d’administrer des médicaments dans les cellules à l’avenir, ou pour traiter des maladies causées par des toxines bactériennes.
“C’est presque comme un tour de magie, la façon dont la membrane encapsule ces toxines”, a déclaré Dehua Pei, auteur principal de l’étude et professeur de chimie et de biochimie à l’Ohio State University.
L’équipe de recherche de Pei à l’Ohio State a passé des années à essayer de comprendre comment les biomolécules telles que les toxines bactériennes pénètrent à l’intérieur d’une cellule humaine, dans le but de trouver des moyens d’introduire des médicaments dans ces cellules. C’est grâce à ce travail que les chercheurs ont découvert comment certaines toxines traversaient les membranes cellulaires, a déclaré Ashweta Sahni, auteur principal de l’étude et étudiant diplômé du laboratoire de Pei dans l’État de l’Ohio.
Les chercheurs savent comment les petites molécules pénètrent dans les membranes cellulaires, généralement en se liant à la membrane puis en diffusant à travers elle. Mais ils savaient que les protéines n’ont pas cette capacité car elles sont trop grosses. Jusqu’à présent, l’hypothèse la plus répandue était que les protéines passent à travers de petits trous, appelés pores, dans la membrane, semblables à la statue parisienne, Le Passe-Muraille, d’un homme traversant un mur. Mais les travaux antérieurs de Pei ne soutenaient pas cette hypothèse.
Ashweta Sahni. Crédit : OSU
En travaillant sur d’autres projets de l’équipe, Sahni a remarqué que certains fragments de protéines, appelés peptides, traversaient les membranes en poussant contre elles. Les peptides ont déformé la membrane en petits bourgeons circulaires. Les bourgeons se détachent ensuite sous forme de petites bulles, appelées vésicules, qui finissent par « éclater », permettant aux peptides d’être libérés à l’intérieur de la cellule. L’équipe a ensuite observé que deux toxines bactériennes structurellement différentes utilisaient également ce même mécanisme. Cette découverte les a amenés à conclure que ce mécanisme de bourgeonnement et d’effondrement est un mécanisme commun utilisé par de nombreuses grandes biomolécules.
“Ce phénomène de bourgeonnement et d’effondrement était auparavant inconnu, mais nous avons pu en être témoins parce que nous avions l’équipement, la formation et l’expérience nécessaires pour savoir ce que nous regardions”, a déclaré Sahni.
L’équipe a été témoin du bourgeonnement et de l’effondrement des cellules vivantes grâce à la microscopie confocale, une technique d’imagerie qui leur a permis de se concentrer sur ce qui se passait à l’intérieur des cellules et sur les membranes cellulaires, avec ces protéines spécifiques.
Pei a déclaré que la découverte pourrait potentiellement ouvrir la porte à de nouvelles thérapies médicamenteuses qui utilisent cette découverte pour manipuler la façon dont les médicaments pénètrent dans une cellule.
Référence : « Les toxines bactériennes échappent à l’endosome en induisant le bourgeonnement et l’effondrement des vésicules » par Ashweta Sahni et Dehua Pei, 23 septembre 2021, ACS Biologie Chimique.
DOI : 10.1021 / acschembio.1c00540
Ce travail a été financé par les National Institutes of Health.
