samedi 26 décembre 2015

Comprendre le sens de l'odorat dans les cellules

Un problème fréquent rencontré par les cellules est qu'elles sont entourées d'un nuage prometteur de parfum et doivent déterminer la direction de sa source. Les cellules nerveuses, par exemple, forment de longues extensions qui sont attirés par des signaux provenant d'autres cellules, afin de produire le réseau qui forme le système nerveux; De même, des cellules détritivores reconnaissent l'odeur de germes nuisibles afin qu'ils puissent poursuivre et de les détruire.
Mais comment font les cellules détectent ces signaux olfactifs, qui deviennent plus en plus faible avec l'augmentation de la distance de la source? Comment faire de la lecture des cellules 'cet affaiblissement du signal - techniquement considéré comme un gradient de signal - afin d'orienter leur croissance ou leur mouvement vers la source du signal? Comment signaux spatiale sont détectée est une question fondamentale face à la biologie - et jusqu'à maintenant cette énigme est restée en grande partie résolu.
Capteur, processeur et moteur tout en un
Maintenant, une solution possible a été présenté par des chercheurs dirigés par le professeur Matthias Peter ETH de l'Institut de biochimie. Les cellules de levure ont un outil multi-réglable très fine qui reconnaît des signaux chimiques, les traite en conséquence, et initie la réponse correcte - la croissance vers la source du signal. Les cellules de levure sont donc en mesure de sentir l'emplacement des partenaires sexuels potentiels dans leur environnement, afin qu'ils puissent se développer à leur égard.
Les biologistes ont mené leur étude en utilisant une combinaison d'observations microscopiques et un modèle informatique qui ils ont développé grâce à une collaboration interdisciplinaire avec des chercheurs du Laboratoire d'Automatique sous Heinz Koeppl (maintenant à la TU Darmstadt).
Beaucoup de protéines forment outil multi
Si la cellule soupçonne qu'un gradient de signal est à proximité, il assemble l'outil multi à une position aléatoire sur la membrane. Cet outil est un grand complexe de protéine composée de plus de 100 composants différents; le complexe est tellement grand qu'il ne peut être vu à travers un microscope à fluorescence. Les chercheurs appellent cela un «site de polarité" (PS) parce que la croissance polarisée installe à l'endroit où il forme.
En utilisant la microscopie de fluorescence, les chercheurs ont maintenant observé comment le PS localise la source de signal d'un dégradé. Tout d'abord, le PS se déplace le long de la membrane vers le signal plus fort. Une fois qu'il a identifié le signal le plus fort - à savoir la plus grande quantité de substance de signal dans le gradient - il cesse de bouger. Le PS crée alors un renflement dans la cellule à cet endroit, ce qui continue de croître vers la source du signal. Bien entendu, le signal est produit par un partenaire sexuel et fusionner les deux cellules une fois qu'ils ont trouvé une autre.
Structure complexe réduit en utilisant un modèle
Afin de comprendre les mécanismes moléculaires de ce processus, les chercheurs ont soumis au modèle d'ordinateur.«Ce modèle nous a vraiment aidé à réduire la complexité de la PS et le processus à quelques éléments essentiels», explique Björn Hegemann, auteur principal d'une étude publiée dans la revue Developmental Cell. Ces composants essentiels de la machine comprennent un récepteur qui capte et transmet le signal; d'autres comprennent la protéine Cdc42, qui porte le récepteur le long de la membrane, et la protéine CDC24, qui régule l'activité de Cdc42. "On pourrait décrire le récepteur comme le nez, Cdc42 que la roue de la machinerie et de CDC24 comme son frein," dit Hegemann.
Alors que le PS se déplace à travers la membrane cellulaire et la recherche d'un signal chimique forte, à seulement quelques molécules de la protéine CDC24 rupture sont présents dans la machine. Une fois qu'il a trouvé concentration maximale du signal, les demandes PS CDC24 molécules supplémentaires, qui sont stockés dans le noyau, de se lier au complexe. Les molécules plus CDC24 qui se fixent à la machine de PS, le plus lent, il devient. Cependant, seulement lorsque le nombre CDC24 dépasse un certain seuil ne cesse complètement la PS et de commencer la formation d'un renflement dans la cellule.
Une importante pierre
«D'abord, nous avons observé le mouvement de la place de polarité en utilisant le microscope à fluorescence. Ensuite, nous avons simulé ce mouvement sur l'ordinateur, ce qui nous a permis de développer une hypothèse de la façon dont le mouvement pourrait être contrôlé. Nous étions alors en mesure de confirmer cette hypothèse expérimentalement par des mutations et utilisant le microscope à fluorescence », explique Hegemann, qui se plaît avec les nouvelles découvertes. Il dit que le modèle d'ordinateur relativement simple constitue une excellente base pour la planification des expériences en permettant aux chercheurs de modifier les composants rapidement et ainsi identifier les aspects importants. Cette étude fait le plus simple, dit-il, car il n'a pas été nécessaire de tout tester expérimentalement.
Hegemann suppose que ce ne sont pas seulement des cellules de levure qui utilisent un outil multi ressemblant le site de polarité. Le comportement similaire à celui d'un PS a également été observé dans la levure à fission (S. pombe) et le ver rond(C. elegans), mais avec aucune explication moléculaire. Les chercheurs de l'ETH ont maintenant fourni cette explication et décrit en détail pour la première fois comment les cellules peuvent localiser un gradient de parfum. Ce travail établit une importante pierre de base pour d'autres études sur la perception spatiale du signal par les cellules - à la fois dans la levure et chez l'homme. Selon Hegemann, pour le moment aucune applications médicales directes sont envisagées: "Dans un avenir lointain, ce travail pourrait ainsi bénéficier le grand public Pour le moment, cependant, il représente surtout une avancée importante pour la recherche fondamentale.."