Souris au coeur radieux

Des chercheurs de l'Université Cornell, de l'Université de Pittsburgh et du RIKEN Brain Science Institute du Japon ont créé des souris transgéniques dont le cœur produit une protéine fluorescente activée par les ions calcium. Les concentrations de calcium dans les cellules cardiaques montent en flèche, puis chutent lors de la signalisation électrique et de la contraction musculaire chez les animaux, y compris les humains et les souris. À l'aide d'un microscope à fluorescence, les scientifiques ont pu filmer ces ondes d'activité se déplaçant à travers les quatre chambres du cœur des souris à chaque battement. Université Cornell Michael Kotlikoff , qui a dirigé la recherche, appelle la protéine fluorescente un espion moléculaire.

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Les biologistes ont longtemps rêvé de pouvoir voir les activités des cellules chez les animaux vivants et fonctionnels. Maintenant, les techniques qui rendront cela possible portent leurs fruits. Ces nouvelles souris génétiquement modifiées offrent une fenêtre sur ce qui se passe pendant un battement cardiaque et éclairent également les signaux électriques qui coordonnent les battements. Les souris ont fourni des informations sur le développement du cœur des mammifères et sont également utilisées pour évaluer les greffes de cellules souches cardiaques. Et, enfin, les chercheurs élèvent également des souris avec des cellules nerveuses brillantes pour étudier la signalisation dans le cerveau.

Le but pour nous tous est de voir les changements dans la concentration d'ions ou d'autres aspects de la fonction cellulaire chez les animaux vivants, dit Withrow Gil Wier , professeur de physiologie à la faculté de médecine de l'Université du Maryland, qui, en 1980, a montré pour la première fois la fugacité du calcium dans les muscles cardiaques.

Nous apprenons beaucoup en prélevant des cellules, en les découpant et en examinant des molécules individuelles. Mais cela ne nous dit pas ce que nous devons savoir sur les interactions complexes entre les cellules, explique Kotlikoff, président du département des sciences biomédicales du Cornell's College of Veterinary Medicine.

Le scientifique RIKEN Junichi Nakai a créé la protéine fluorescente (appelée GCaMP2) en modifiant une protéine existante qui n'était pas suffisamment brillante ou stable pour être utilisée pour des expériences cardiaques in vivo. Les scientifiques de Cornell ont génétiquement modifié des souris qui produisent cette protéine jour après jour et à une concentration constante, dans leur cœur et nulle part ailleurs dans le corps.

Kotlikoff dit que l'avantage de la nouvelle protéine fluorescente par rapport à ses prédécesseurs est la vitesse à laquelle elle peut s'allumer et s'éteindre, comme une ampoule, sa stabilité à la température corporelle et sa luminosité. Le cœur de la souris bat jusqu'à 600 fois par minute. Il y a tellement de lumière de fond, de réflexion et de mouvement que vous avez besoin de quelque chose de très lumineux pour pouvoir détecter ces signaux cellulaires, dit-il.

Pour voir le fonctionnement des cellules, dit Kotlikoff, nous anesthésions la souris, la ventilons, ouvrons la poitrine et éclairons le cœur. Un groupe dirigé par Guy Salama à la faculté de médecine de l'Université de Pittsburgh était chargé de produire des films sur les cœurs battants. Salama utilise une caméra haute vitesse pour créer des images claires et haute résolution. Il a enregistré une image toutes les millisecondes, capturant plusieurs images de chaque battement de cœur.

Parce que les chercheurs ont filmé le cœur des souris à tous les stades de développement, des embryons d'un jour à l'âge adulte, les films vous montrent ce qui se passe chaque fois que le cœur de la souris bat pendant toute sa vie, explique Kotlikoff.

Chez tous les mammifères, le cœur est le premier organe à commencer à fonctionner, poussé par le besoin d'oxygène de l'embryon. Cependant, il doit commencer à pomper avant que les structures qui maintiennent le rythme cardiaque régulier ne se soient développées. Kotlikoff a découvert une voie de signalisation qui aide le cœur embryonnaire à maintenir son rythme pendant quelques jours seulement, jusqu'à ce que la structure adulte se développe. Il dit qu'il a également vu des arythmies - des perturbations des signaux électriques constants du cœur qui entraînent des battements cardiaques rapides, lents ou irréguliers, et qui peuvent provoquer une mort subite.

Kotlikoff dit qu'il élève des souris qui fabriquent la nouvelle protéine fluorescente uniquement dans les tissus cardiaques spécialisés et les parties du corps où le calcium est important, comme le cerveau, où le calcium joue un rôle important dans la signalisation. Nous pouvons le placer où nous voulons et écouter des signaux spécifiques qui passent d'une cellule à l'autre, explique-t-il.

Kotlikoff utilise également les cellules cardiaques incandescentes pour étudier les greffes de cellules souches. Nous pouvons différencier ces cellules [brillantes] et les mettre dans des cœurs qui ont été blessés. Les cellules signalent quand elles sont activées, nous pouvons donc dire comment elles se comportent dans leur nouvel environnement.

Igor Efimov , professeur agrégé de génie biomédical à l'Université de Washington à St. Louis, qui étudie les perturbations de la signalisation électrique qui provoquent des arythmies, déclare que ce travail est une avancée majeure : je pense qu'il ouvrira une nouvelle opportunité pour l'imagerie, afin que nous puissions enfin exprimer capteurs intrinsèques dans différents compartiments du cœur ou du cerveau et étudient comment les impulsions sont conduites dans des conditions normales, ce qui est très important, dit-il.

Bien que Wier prévienne que cette recherche en est encore à ses débuts, il dit qu'elle est prometteuse par rapport à ce que nous avions dans le passé. Ce [travail] nous rapproche de la capacité de voir changements physiologiques, de la manière la moins invasive.

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