Sciences de la vie et de la Terre

« Over the brainbow » - quand la science devient art.

25 / 11 / 2007 | Liliane Grandmougin

Il y a plus d’un siècle, Ramon y Cajal a révolutionné l’étude du système nerveux en marquant individuellement les neurones par des sels d’argent, ce qui a permis de montrer l’anatomie complète de ces cellules . Les résultats étaient si précis que les dessins de Cajal font encore référence dans les livres de médecine. Elle ne permet cependant de visualiser que quelques cellules. Récemment, une équipe de l’Université de Harvard vient de développer une nouvelle technique permettant de colorer plusieurs centaines de neurones à la fois, tout en les distinguant les uns des autres.

Cette technique, malicieusement baptisée Brainbow, donne de superbes images multicolores du tissu cérébral. Elle est basée sur la combinaison de deux outils.

Le premier : l’utilisation des protéines fluorescentes XFP (X pouvant être G= vert, historiquement découverte chez une méduse : Aequora, Y= jaune, R= rouge, MC = cyan). Combinée au promoteur d’un gène, une XFP s’exprime avec celui-ci, ce qui permet – entre autres- de localiser son expression.

Le second : utilise le système CRE / Lox : CRE est une recombinase extraite d’un bactériophage ; elle catalyse la recombinaison entre deux sites de reconnaissance : LoxP. LoxP est une courte séquence d’ADN de 34 paires de bases, dont les extrémités sont palydrômiques (se lisent dans les deux sens) qu’on ne trouve pas chez les eucaryotes. CRE peut créer des délétions ou des inversions des régions situées entre deux sites LoxP, ce qui permet de rapprocher deux régions, d’éliminer un gène (Knock-out), ou de faire des translocations si les séquences se trouvent sur des chromosomes différents.

Deux techniques principales sont utilisées :

  • Brainbow 1 : utilise des variantes incompatibles comme LoxP et Lox2272. La CRE doit « choisir » entre ces variantes et éliminer le reste, le choix se faisant au hasard. Par exemple, sur une séquence : « Promoteur – Lox2272 (1) – LoxP(1)- RFP- (…)-Lox2272 (2)- YFP (…) LoxP(2)… etc » elle devra soit recombiner les régions : LoxP2272 (1) et (2) donc éliminer la RFP : la couleur sera jaune, soit recombiner LoxP (1) et (2) : la couleur sera rouge. Si on ajoute d’autres segments avec Lox2272, LoxP et d’autres XFP, on voit que les possibilités de marquage sont accrues.
  • Brainbow 2 : plus complexe, se base sur les recombinaisons et inversions génétiques. Une séquence dans le bon sens ≥ s’exprime, pas lorsqu’elle est inversée ≤ (antisens). Les couleurs sont utilisées en tandem : Par exemple : dans la séquence :
  • « Promoteur – LoxP- RFP ≥ ≤MCFP (antisens)-…- LoxP », on aura la couleur rouge
  • « Promoteur – LoxP- MCFP ≥ ≤ RFP (antisens)-…- LoxP », on aura la couleur bleue

Sur le même principe, on peut construire le motif :

  • « Promoteur – LoxP(1)- GFP ≥ ≤YFP (antisens) – LoxP(2) RFP ≥ ≤MCFP - LoxP(3) » .

Dans le « bon » sens, les recombinaisons 1 +2 donneront du rouge, 2+3 : du jaune. En cas d’inversion et recombinaison, la séquence sera lue dans l’autre sens (donc : bleu ou vert).

Par le jeu de ces techniques et en combinant l’expression des XFP, les scientifiques sont parvenus à marquer individuellement les neurones et cellules gliales avec près de 90 couleurs !

Les avantages de cette technique sont multiples : on peut suivre les circuits de neurones jusqu’aux multiples synapses, révéler les interactions entre cellules gliales, étudier les variations de circuits dans le temps…La grande souplesse et précision des marquages « Brainbow » ouvrent de nouvelles perspectives sur l’étude non seulement des neurones mais aussi d’autres cellules, tout en procurant de superbes photos. Ce qui montre que parfois la science rejoint l’Art.

L.G
D’après Nature Vol. 450 – n° 7166- 1er Novembre 2007.

Pour en savoir plus (cliquer sur les liens du fichier .pdf et voir les superbes photos, ou bien un film en .mov !) : http://www.nature.com/nature/journal/v450/n7166/suppinfo/nature06293.html

 

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