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Des nanoparticules de terres rares pour cartographier la signalisation cellulaire en temps réel

 
Des chercheurs du Laboratoire Optique et Biosciences (CNRS UMR7645/Inserm U676/Ecole Polytechnique) ont cartographié la signalisation oxydante dans des cellules vivantes à l'aide de méthodes associant l'imagerie de nanoparticules de terres rares individuelles et la microfluidique. Ces travaux permettent de disséquer les mécanismes de formation de la réponse cellulaire à certains signaux migratoires et pourront contribuer au développement de stratégies pour leur contrôle dans des contextes pathologiques. Ils viennent d'être publiés dans la revue Chemistry and Biology.

 

L'observation « en direct » du processus de traitement des signaux extérieurs par la cellule afin de coordonner sa réponse, appelée signalisation cellulaire, représente un enjeu essentiel pour comprendre son fonctionnement dans des environnements complexes. La production d'espèces réactives oxygénées, ou ROS, potentiellement toxiques, est connue pour son rôle dans de nombreux processus biologiques normaux et pathologiques. Leur action bactéricide et leur implication dans la réponse au stress sont documentés depuis plusieurs décennies, mais il est apparu récemment que des ROS, tels que le peroxyde d'hydrogène H2O2, étaient utilisées pour la signalisation cellulaire dans une grande variété de tissus. Ces espèces oxygénées sont notamment impliquées dans la migration cellulaire induite par des lésions vasculaires, la progression de tumeurs ou de pathologies neurodégénératives. Les méthodes conventionnelles ne permettent cependant pas de mesurer leur concentration et son évolution dans le temps dans une cellule.

Des chercheurs du Laboratoire Optique et Biosciences ont ainsi développé l'utilisation de nanoparticules individuelles de terres rares pour doser localement, avec une précision spatiale nanométrique, et en temps réel la production de ROS à l'intérieur d'une cellule vivante. En combinant cette approche avec des systèmes de contrôle microfluidiques, ils ont révélé les mécanismes régulant la dynamique et l'organisation de ROS dans la cellule en réponse à une protéine inductrice de la migration cellulaire, le PDGF, notamment impliqué dans la progression de certaines tumeurs. Ils ont ainsi mis en évidence la dynamique singulière de production de ROS en réponse à une stimulation de PDGF, qui permet un filtrage des stimuli transitoires, et expliqué comment cette dynamique est contrôlée au niveau moléculaire. Ces résultats posent les bases pour comprendre les mécanismes permettant la formation d'une réponse physiologique structurée dans le temps et l'espace.
Cette approche ouvre la voie à la cartographie quantitative à une échelle subcellulaire de voies de signalisation d'intérêt thérapeutique, qui pourra permettre l'évaluation précise de traitements ciblés.

 
Gauche : Image d'une cellule tumorale HeLa contenant des nanoparticules YVO4 :Eu individuelles internalisées (rouge). Droite : Evolution de la concentration intracellulaire de peroxyde d'hydrogène à différentes stimulations (EGF en vert, PDGF en bleu, et PDGF avec inhibition respective de l'activité des récepteurs EGFR en vert et PDGFR en gris.
Gauche : Schéma d'un dispositif microfluidique permettant la stimulation de cellules par un gradient de PDGF. Droite : Nanoparticules YVO4 :Eu individuelles internalisées dans des cellules HeLa soumises à un gradient de PDGF. Leur couleur indique la concentration de peroxyde d'hydrogène révélée par leur signal de luminescence.

Bibliographie

Regulation of the ROS response dynamics and organization to PDGF motile stimuli revealed by single nanoparticle imaging. Cedric Bouzigues, Thanh-Liêm Nguyên, Rivo Ramodiharilafy, Amy Claeson, Pierre-Louis Tharaux and Antigoni Alexandrou.
Chemistry and Biology (10 avril 2014)

Contacts

Chercheuse CNRS| Antigoni Alexandrou | 01 69 33 50 03

Enseignant-Chercheur Ecole Polytechnique | Cedric Bouzigues | 01 69 33 50 57