Cartographier les membranes cellulaires est désormais possible grâce à une nouvelle méthode d’imagerie

Cette méthode de caractérisation nouvelle, présentée dans le journal German Chemical Society est basée sur un système d’imagerie qui capture la lumière émise par des molécules fluorescentes.

Observer une membrane cellulaire : une opération délicate

Majoritairement constituée de lipides, la membrane cellulaire forme l’interface entre l’intérieur et l’extérieur d’une cellule. Bien que le rôle biologique de cette membrane soit fondamental, son observation est souvent négligée, en particulier parce que les techniques d’observation actuelles sont peu adaptées.

En effet, selon Matthew Lew (Washington University in St. Louis)¹, “avec les techniques d’imagerie traditionnelles, il est difficile de différencier ce qui est à l’intérieur de ce qui est à l’extérieur de la membrane, car celle-ci apparaît comme un objet transparent et spongieux.”

Le chercheur explique qu’ils recherchaient un moyen de caractériser l’intérieur des membranes cellulaires sans utiliser de technique destructive comme l’utilisation d’un traceur fluorescent, associé à de la spectrométrie de masse.

Principe de fonctionnement

La méthode qu’ils ont développée est différente : elle utilise également un traceur fluorescent, mais elle a l’énorme avantage d’être non destructive et permet de détecter la phase de la membrane ainsi que sa composition chimique hétérogène.

Selon Jin Lu, chercheur postdoctoral du laboratoire du professeur Lew et premier auteur de l’étude, “dans les membranes cellulaires, il y a de nombreuses molécules lipidiques. Certaines sont sous forme liquide, d’autres sont solides ou en gel.”

Lorsqu’elles sont sous forme solide, ces molécules sont ordonnées en une structure rigide. Sous forme liquide, elles sont beaucoup plus libres de leurs mouvements. Les chercheurs ont voulu exploiter cette caractéristique en ajoutant une solution contenant des sondes fluorescentes. Quand les molécules fluorescentes sont entourées de lipides en phase solide, elles restent fixes, quand il s’agit d’une phase liquide, elles ont une orientation libre.

Sous l’effet de la lumière, ces marqueurs fluorescents relâchent des photons. Grâce à un système d’imagerie également développé par ce même laboratoire, ils arrivent ainsi à déterminer l’orientation des molécules. En répétant ce processus des centaines de milliers de fois, ils sont ainsi capables d’obtenir une cartographie des nanodomaines ordonnés et leur entourage liquide désordonné.

Une avancée pour l’étude de la matière molle

Cette méthode, appelée single-molecule orientation localization microscopy (SMOLM) permet de déterminer les interactions entre lipides, enzymes et molécules fluorescentes avec un niveau de détail jamais atteint auparavant.

Matthew Lew explique : “À cette échelle où les molécules sont constamment en mouvement, tout est auto-organisé (…). Chaque molécule subit les forces des autres molécules qui l’entourent. C’est ce qui détermine comment une molécule particulière va se déplacer et remplir ses fonctions.”

Puis il ajoute : “L’observation directe de tels phénomènes est très difficile. Dorénavant, tout ce dont vous avez besoin c’est d’une molécule fluorescente. Parce qu’elle est intégrée, l’observation de ses mouvements nous informe sur ce qu’il y a autour.”

Pour en savoir plus :

D’après l’article de Brandie Jefferson, 24 août 2020. Washington University in St. Louis.

(1) Professeur assistant du Preston M. Green Department of Electrical and Systems Engineering (McKelvey School of Engineering at Washington University in St. Louis)