Des modèles de signalisation cellulaire artificiels
Traditionnellement, les méthodes de biochimie et de biologie moléculaire sont utilisées pour analyser les voies de signalisation cellulaire en se concentrant uniquement sur leurs composantes individuelles. Toutefois, l’émergence des technologies en «-omique», telles que la génomique et la protéomique, en plus de la biologie des systèmes, a permis de parvenir à une vision plus globale de la signalisation. Pour comprendre les machines moléculaires impliquées dans les cascades de signalisation, il est nécessaire d’avoir un aperçu détaillé de leur architecture et de leurs interactions. Souvent, la faible abondance endogène ou l’hétérogénéité des tissus de certaines protéines entrave leur extraction, leur purification et l’élucidation de leurs structures. Les scientifiques doivent souvent recourir à la production recombinante et à la purification dans les systèmes de cellules hôtes hétérologues. Cependant, cette solution risque fréquemment d’entraîner un comportement non physiologique, et donc compromis, des spécimens étudiés. La plupart des médicaments mis sur le marché par l’industrie pharmaceutique ciblent les cascades de signalisation pour soigner les maladies. Selon le consortium SynSignal financé par l’UE, les nouveaux outils qui reposent sur des approches de biologie synthétique pour étudier les nouveaux systèmes de signalisation pourraient contribuer à relever certains défis rencontrés dans le développement du produit. Une approche synthétique de la signalisation «Les circuits de signalisation des cellules synthétiques sont considérés comme analogues aux circuits électroniques», explique le coordinateur du projet, le Dr Imre Berger. «Ce qui rend le système accessible à l’ingénierie.» Les partenaires de SynSignal ont conçu et fabriqué des modules de signalisation individuels et les ont assemblés in vitro afin de produire des cascades synthétiques qui ressemblent étroitement aux processus naturels. «Chaque élément du circuit, encodé par une séquence de l’ADN avec une structure et une fonction définies, est physiquement interchangeable avec des modules compatibles», poursuit-il. Les outils utilisés pour l’assemblage de l’ADN et la production de protéines présentaient un grand potentiel combinatoire et pourraient être appliqués à différents types de signalisation. Les membres du projet se sont concentrés sur la signalisation initiée après l’activation des récepteurs couplés aux protéines G, une grande et intéressante famille de protéines membranaires impliquées dans de nombreux processus physiologiques, dont le goût et l’odorat. Plus important, ces voies synthétiques ont servi de plateformes de dépistage pour de nouveaux médicaments destinés à traiter des maladies telles que le cancer et le diabète. De nouvelles méthodes bioanalytiques miniaturisées ont également été mises au point en recourant à la spectrométrie de masse et à la cryomicroscopie électronique. Des modèles mécaniques et des progiciels ont également contribué à l’analyse des voies de signalisation et à la conception des circuits de signalisation synthétique correspondants qui reproduisaient les fonctions naturelles. Les stratégies de lecture mises en place ont permis de découvrir des molécules. Elles ouvrent désormais la voie vers de nouvelles saveurs, et de nouveaux arômes et ingrédients nutritionnels. Application de la boîte à outils de la signalisation synthétique Dans l’ensemble, le projet SynSignal a généré des plateformes de biologie synthétique innovantes, ainsi que des matériaux destinés à changer la manière dont nous découvrons et fabriquons de nouveaux produits et médicaments. «Grâce aux plateformes SynSignal, les voies de signalisation essentielles qui dictent les processus cellulaires pourront être modifiées, modulées et interférées avec plus d’efficacité», souligne le Dr Berger. Le coût du développement du produit et le temps nécessaire aux nouveaux produits pour atteindre le marché seront également réduits. Qui plus est, ces réductions ouvriront de toutes nouvelles opportunités pour le développement de nouvelles classes de médicaments thérapeutiques puissants et efficaces, et faciliteront les avancées dans la biotechnologie industrielle et d’autres marchés de plusieurs milliards. La politique d’innovation ouverte suivie par le consortium SynSignal permet aux entreprises pharmaceutiques et de biotechnologie industrielle européennes d’accéder à ses technologies de découverte de médicaments. Cet accès encouragera non seulement les avancées dans les sciences de la vie, mais il apportera également des avantages concurrentiels à l’échelle mondiale. Alors que les systèmes de signalisation gagnent du terrain en dehors de l’industrie pharmaceutique, dans, par exemple, les industries des arômes et des produits nutritionnels, les outils générés étendent leur application au-delà des processus biomédicaux. En se tournant vers l’avenir, le Dr Berger anticipe «l’énorme potentiel de la biologie synthétique pour transformer un grand nombre de domaines essentiels ayant d’importants défis socio-économiques à relever, dont la technologie verte, ainsi que la découverte et la fabrication de médicaments.»
Mots‑clés
SYNSIGNAL, signalisation, voie, biologie synthétique, cascade
