Une double mesure ultrasensible des forces mécaniques dans les protéines

Parvenir à insérer des ressorts fluorescents microscopiques parmi les chaînons d’une protéine, dans des cellules vivantes ; mesurer simultanément les forces mécaniques infimes s’exerçant sur deux types de ces ressorts ; mettre ainsi en évidence un subtil gradient de forces au sein même de la protéine : c’est le résultat qu’ont obtenu des chercheurs du Max Planck Institute de biochimie (Allemagne) en collaboration avec l’Institut de génétique et développement de Rennes. Publication dans Nature Methods.

Mesure simultanée (multiplex FRET) de l'activité de deux types ressorts exprimés dans la talin - Images : M. Tramier/IGDR/mRIC
  1. La talin, une protéine essentielle à l’adhésion des cellules
  2. Des ressorts fluorescents dans une protéine
  3. Mesure simultanée des forces s’exerçant sur la protéine
  4. L’équipe, la plateforme et la structure fédérative rennaises impliquées
  5. Références

Les chercheurs des Instituts allemands et rennais ont développé une toute nouvelle méthode pour mesurer des gradients de forces dans les protéines en cellules vivantes. Cette méthode a nécessité l’utilisation des équipements de la plateforme de microscopie rennaise MRic (intégrée à Biosit) pour une approche originale de mesure multiplexe, mise au point par l’équipe de Marc Tramier, chercheur CNRS à l’IGDR.

La talin, une protéine essentielle à l’adhésion des cellules

La talin est une protéine que l’on retrouve dans les zones où se réalise l’adhérence des cellules avec leur matrice extracellulaire, celle-là même qui permet la cohésion des amas de cellules. L’adaptabilité de ces zones d’adhérence permet à la cellule de ressentir des rigidités de la matrice et de prendre en compte les forces externes (mécanismes cellulaires essentiels impliqués par exemple dans la migration cellulaire). La talin est l’une des protéines qui fait le lien entre les intégrines (protéines traversant la membrane cellulaire pour interagir avec la matrice), et les filaments d’actine (qui constituent la structure contractile interne de la cellule).

Des ressorts fluorescents dans une protéine

La talin est une longue protéine constituée de plusieurs chaînons où l’actine peut se lier. L’équipe de Carsten Grashoff en Allemagne est parvenue à insérer de petits ressorts fluorescents de différentes rigidités à différents chaînons de la protéine. Ces ressorts sont calibrés de manière à pouvoir détecter des forces allant de 3 à 5 piconewtons (1 pN = 10-12 N). L’équipe allemande est ensuite parvenue à exprimer cette protéine artificielle hybride dans des cellules adhérentes en culture.

Mesure simultanée

Mesure simultanée des forces s’exerçant sur la protéine

La question était de savoir si les forces mécaniques appliquées aux différents chaînons de la talin étaient constantes. Pour y répondre, il a été nécessaire de mesurer en même temps ces forces de l’ordre du piconewton sur différents ressorts dans une même cellule. L’équipe de Marc Tramier à l'IGDR avait préalablement développé une méthode de mesure multiplexe du FRET. Or c’est cette même mesure qui permet de caractériser la force dans les ressorts fluorescents. En adaptant cette approche à la talin, les expériences effectuées sur la plateforme de microscopie de Rennes MRic ont permis de démontrer qu’il existait un gradient de force au sein même de la protéine, la tension mesurée n’étant pas identique dans les différents chaînons. La méthodologie développée doit pouvoir s’adapter, pour comprendre le rôle d’autres protéines impliquées dans la mécanique cellulaire.

L’équipe, la plateforme et la structure fédérative rennaises impliquées

La méthode de mesure multiplexe du FRET a été développée dans l’équipe "RD Microscopie de Fluorescence Quantitative" dirigée par Marc Tramier à l’Institut de Génétique et Développement de Rennes (UMR 6290 CNRS/Université de Rennes 1), mise en œuvre sur la plateforme IBiSA MRic-photonics, intégrée à Biosit, structure fédérative de recherche en biologie et en santé.

Références

Multiplexing molecular tension sensors reveals piconewton force gradient across talin-1
Pia Ringer, Andreas Weißl, Anna-Lena Cost, Andrea Freikamp, Benedikt Sabass, Alexander Mehlich, Marc Tramier, Matthias Rief Carsten Grashoff
Nature Methods 2017. doi: 10.1038/nmeth.4431

Référence secondaire

Multiplexing PKA and ERK12 kinases FRET biosensors in living cells using single excitation wavelength dual colour FLIM
Claire Demeautis, François Sipieter, Julien Roul, Catherine Chapuis, Sergi Padilla-Parra, Franck B. Riquet Marc Tramier
Scientific Reports 7, Article number: 41026 (2017) doi:10.1038/srep41026