Marquer de minuscules protéines pour sonder les racines de la dépression
Cette capacité, qui a pris près d'une décennie à atteindre, permet d'étudier la régulation de la sérotonine à un nouveau niveau, ce qui est important en raison du rôle clé que joue la sérotonine dans la régulation de l'humeur, de l'appétit et du sommeil, selon les chercheurs.
La protéine régulatrice que les scientifiques ont étiquetée avec succès est connue sous le nom de transporteur de sérotonine. Il s'étend à travers la membrane qui forme la surface externe du nerf et agit comme un aspirateur qui aspire les molécules de sérotonine dans le corps cellulaire et les éloigne des récepteurs cibles de la sérotonine sur d'autres cellules, régulant la concentration de sérotonine dans la zone autour de la cellule.
Les transporteurs de sérotonine sont un sujet de recherche important car ils sont la cible des médicaments les plus couramment utilisés pour traiter la dépression, notamment le Prozac, le Paxil et le Lexapro, notent les chercheurs.
«Si vous êtes intéressé par la santé mentale, les transporteurs de sérotonine sont un sujet idéal», a déclaré Sandra Rosenthal, Ph.D., Chaire de chimie Jack et Pamela Egan, qui a dirigé l'étude avec Randy Blakely, Ph.D., le Allan D. Bass, professeur de pharmacologie et de psychiatrie.
Les chercheurs ont noté que des problèmes de régulation des transporteurs de sérotonine ont également été impliqués dans l'autisme. Il y a deux ans, Blakely et le généticien James Sutcliffe ont rapporté la découverte de multiples changements dans la protéine de transport de la sérotonine qui font que le transporteur devient «hyperactif» chez les personnes autistes.
Récemment, Blakely et Jeremy Veenstra-VanderWeele, M.D., ont rapporté que les souris exprimant l'un de ces transporteurs de haut fonctionnement présentent de multiples changements de comportement qui ressemblent aux changements observés chez les enfants autistes.
Les tentatives pour comprendre le fonctionnement de ces transporteurs ont été limitées par la difficulté d'étudier leur comportement, selon les scientifiques.
«Dans le passé, nous nous sommes limités à des instantanés qui montrent l'emplacement des molécules de transport à un moment précis», a déclaré Jerry Chang, étudiant diplômé en chimie, qui a développé la technique de marquage. «Nous pouvons maintenant suivre leur mouvement à la surface des cellules en temps réel et voir comment leurs mouvements sont liés à l'activité d'absorption de la sérotonine.»
Les étiquettes fluorescentes utilisées par les chercheurs sont des perles nanométriques appelées points quantiques, constituées d'un mélange de cadmium et de sélénium. Les perles ne sont que légèrement plus grosses que les protéines qu'elles marquent: il faudrait en enfiler 10000 pour couvrir la largeur d'un cheveu humain, expliquent les chercheurs.
Les points quantiques émettent une lumière colorée lorsqu'ils sont éclairés et de petits changements dans leur taille les font briller de différentes couleurs. L'un des chercheurs, Ian D. Tomlinson, Ph.D., a développé une chaîne moléculaire spéciale qui se fixe au point quantique à une extrémité et se fixe à un dérivé médicamenteux à l'autre extrémité qui se lie au transporteur de la sérotonine.
Lorsqu'un mélange contenant ces points quantiques est incubé avec des cellules nerveuses cultivées, le médicament se fixe au transporteur. Alors que la protéine se déplace, elle traîne le point quantique derrière elle comme un enfant tenant un ballon sur une ficelle, a-t-il expliqué. Lorsque la zone est éclairée, les points quantiques apparaissent au microscope sous forme de points lumineux colorés.
Dans la mise en œuvre de leur nouvelle procédure, les chercheurs ont examiné les extensions de la cellule nerveuse impliquées dans la sécrétion de sérotonine. D'après des recherches antérieures, les chercheurs soupçonnaient que les transporteurs seraient concentrés dans les parties riches en cholestérol de ces extensions, appelées radeaux, bien que le niveau de résolution avec les approches standard était insuffisant pour fournir des indices sur ce qu'ils y faisaient.
Les études de points quantiques ont démontré qu'il y avait deux transporteurs distincts: ceux qui peuvent se déplacer librement autour de la membrane et ceux qui agissent comme s'ils étaient incapables de se déplacer. Ils ont constaté que les transporteurs immobiles se trouvaient dans les radeaux.
Lorsqu'ils ont stimulé la cellule pour augmenter l'activité du transporteur, ils ont été surpris de ce qui s'est passé. «Nous avons constaté que les transporteurs dans les radeaux commençaient à se déplacer beaucoup plus rapidement, alors que le mouvement de l’autre population n’avait pas du tout changé», a rapporté Rosenthal.
Puisque les transporteurs mobilisés ne quittent pas les radeaux, ils semblent se balader à l'intérieur d'un compartiment confiné, comme s'ils étaient libérés des chaînes qui les maintiennent normalement maîtrisés. Ces observations suggèrent qu'il est probable que les deux populations soient contrôlées par des voies réglementaires différentes.
«Maintenant que nous pouvons voir la régulation des transporteurs se produire, nous devrions être en mesure de déterminer l'identité des protéines d'ancrage et les signaux auxquels ces protéines répondent qui permettent aux transporteurs de basculer entre les niveaux d'activité faible et élevé», a déclaré Blakely.
«Actuellement, les médicaments antidépresseurs doivent complètement arrêter les transporteurs de sérotonine du cerveau pour obtenir un bénéfice clinique», a-t-il ajouté, notant que cela peut produire un certain nombre d'effets secondaires désagréables, tels que nausées, prise de poids, problèmes sexuels, fatigue et somnolence.
«En comprenant les mécanismes de base qui modifient naturellement l'activité du transporteur de la sérotonine de haut en bas, nous pouvons peut-être développer des médicaments qui produisent des effets secondaires plus légers et qui ont une efficacité encore plus grande», a-t-il déclaré. «Notre objectif est également de transférer ce que nous avons appris avec les transporteurs de sérotonine normaux à une compréhension des transporteurs hyperactifs que nous avons trouvés chez les enfants autistes.»
Source: Université Vanderbilt
