Des chercheurs de l’Institut de design des protéines Baker Lab, situé sur le campus de recherche de Janelia et à la European Molecular Biology Laboratory (EMBL) à Heidelberg, ont mis au point une nouvelle classe de marqueurs fluorescents, appelés NovoTags. Ces outils innovants permettent de localiser des protéines spécifiques au sein des cellules humaines et d’étudier leurs interactions grâce à des techniques de microscopie de pointe, y compris la microscopie à super-résolution. Leur recherche a été publiée dans la revue Science.
Les méthodes modernes de visualisation permettent d’observer les cellules avec un grand niveau de détail, mais il reste difficile d’identifier la position de molécules individuelles au sein de structures cellulaires complexes. Les chercheurs comparent la cellule à une grande métropole où des millions de “résidents” moléculaires évoluent en permanence, rendant la quête de protéines spécifiques l’un des défis majeurs de la biologie cellulaire.
Les NovoTags sont de petits protéines synthétiques qui peuvent être attelées génétiquement aux protéines étudiées. Une fois marquées, ces protéines se lient à des colorants fluorescents spécifiques, appelés Janelia Fluor (JF), rendant ainsi les molécules repérées visibles à l’œil nu sous le microscope.
Le système développé étend les capacités des technologies existantes, telles que HaloTag et SNAP-tag, tout en introduisant de nouvelles options pour une visualisation multicolore.
Photo : Steffen Klein / EMBL
La première série de protéines liant les NovoTags a été conçue pour interagir avec trois colorants fluorescents opérant dans différentes parties du spectre visible. Les chercheurs ont démontré que ces protéines peuvent influencer les propriétés optiques des colorants, permettant une gestion fine des caractéristiques des marqueurs fluorescents au niveau moléculaire.
De plus, les scientifiques de l’EMBL ont élaboré une version améliorée, appelée NovoSplit. Dans cette variante, le marqueur protéique est divisé en deux parties, chacune se liant à une protéine distincte à l’intérieur de la cellule. L’ajout d’un colorant JF agit comme un « interrupteur moléculaire », permettant aux deux parties de NovoSplit de se rassembler et d’offrir aux chercheurs un moyen de contrôler les interactions entre protéines à des moments précis.
Les tests de NovoTags et de NovoSplit ont été réalisés dans des cellules humaines en utilisant la microscopie STED en temps réel et la microscopie FLIM. La combinaison d’informations sur la couleur de la fluorescence et de la durée de signal fluorescent permet potentiellement de suivre jusqu’à 30 protéines différentes simultanément, en utilisant diverses combinaisons de caractéristiques spectrales et de temps de fluorescence.
Les développeurs envisagent également d’appliquer NovoSplit à la microscopie corrélative par cryo-luminescence et microscopie électronique (cryo-CLEM), qui combine des images d’une même cellule obtenues par microscopie optique et électronique dans son état naturel. Cela permet de visualiser à la fois la localisation des molécules et leur ultrastructure. L’EMBL considère que les marqueurs fluorescents cryo-CLEM basés sur NovoSplit pourraient constituer des outils précieux pour l’étude de grands complexes moléculaires au sein des cellules.
La création des NovoTags a été rendue possible grâce à un modèle d’intelligence artificielle conçu spécifiquement pour le design de protéines et à des méthodes expérimentales de validation. Les chercheurs ont utilisé des algorithmes RFdiffusion pour générer des structures protéiques, LigandMPNN pour le choix des séquences d’acides aminés, et ont ensuite validé les candidats avec AlphaFold, RoseTTAFold et des techniques d’analyse en laboratoire.
Les auteurs de l’étude soulignent que ces nouveaux marqueurs pourraient enrichir les outils de la biologie cellulaire, permettant l’étude de protéines directement à l’intérieur de cellules vivantes avec une plus grande précision. Les séquences de NovoTags et les colorants associées sont déjà disponibles pour la communauté scientifique, dans le but de favoriser des recherches et le développement de nouvelles méthodes de visualisation.
Points à retenir
- Les NovoTags améliorent la visibilité des protéines au sein des cellules humaines.
- Ils permettent une visualisation multicolore, augmentant les possibilités d’analyse.
- La technologie NovoSplit offre un contrôle précis des interactions protéiques.
- Des méthodes avancées comme cryo-CLEM sont envisagées pour d’autres applications.
- Les outils développés seront partagés avec la communauté scientifique pour de futures explorations.
En somme, l’innovation que représente le NovoTags est prometteuse pour le domaine de la biologie cellulaire. Je suis fasciné par l’idée que ce développement pourrait révolutionner notre compréhension des interactions moléculaires. Cela ouvre la porte à de nouvelles recherches et possibilités qui, je l’espère, éclaireront des domaines cliniques et fondamentaux de la biologie. À une époque où la biologie de synthèse prend de l’ampleur, il est captivant de penser aux nouvelles frontières qui s’ offrent à nous. Pourquoi pas imaginer un futur où chaque interaction cellulaire pourra être décodée et analysée avec une précision inédite ? Éprouver l’envie d’explorer ces voies est quand même une belle occasion de faire avancer notre savoir collectif.