Dans un monde où les modes de vie sont de plus en plus basés sur les plantes, le pouvoir des aliments comme le brocoli, le céleri et le tofu, riches en flavonoïdes, devient de plus en plus évident. Les flavonoïdes sont des composés phénoliques produits par les plantes qui sont essentiels à la croissance et à la défense des plantes et dont on dit depuis longtemps qu’ils ont des effets thérapeutiques et préventifs contre le cancer et les maladies cardiaques. Cependant, le processus exact par lequel notre corps métabolise les flavonoïdes n’est toujours pas clair.

Une équipe internationale de chercheurs dirigée par le chercheur invité Tsutomu Shimada et le professeur Shigeo Takenaka de la Graduate School of Human Life and Environment de l’Université métropolitaine d’Osaka a mis en lumière le mécanisme d’action de trois flavonoïdes majeurs – la naringénine, l’apigénine et la génistéine – et les processus par lequel le corps les métabolise. Les analyses d’amarrage moléculaire ont révélé que les enzymes humaines modifient les flavonoïdes de la même manière que les plantes modifient les flavonoïdes.

« Les résultats de cette recherche sont fondamentaux pour clarifier la relation entre le métabolisme des flavonoïdes dans l’organisme et leurs bienfaits potentiels pour la santé », a expliqué le professeur Takenaka.

Dans une étude récente menée par un astronome de l’Université de Floride Adam GinsburgDes résultats révolutionnaires ont mis en lumière une mystérieuse région sombre au centre de la Voie lactée. Le nuage de gaz turbulent, surnommé la « brique » en raison de son opacité, suscite depuis des années de vifs débats au sein de la communauté scientifique.

Pour déchiffrer ses secrets, Ginsburg et son équipe de recherche, dont des étudiants diplômés de l’UF Desmond Jeff, Savane GramseyEt Alyssa Politek, transformé en télescope spatial James Webb (JWST). Les implications de leurs observations, Publié dans Journal d’astrophysique,énorme. Les résultats révèlent non seulement un paradoxe au centre de notre galaxie, mais soulignent également le besoin urgent de réévaluer les théories établies sur la formation des étoiles.

La Zone Brick est l’une des régions les plus intéressantes et les plus étudiées de nos galaxies, grâce à son taux de formation d’étoiles étonnamment faible. Depuis des décennies, il défie les attentes des scientifiques : en tant que nuage rempli de gaz dense, il devrait être prêt à donner naissance à de nouvelles étoiles. Cependant, il montre un taux de formation d’étoiles étonnamment faible.

Grâce aux capacités infrarouges avancées du télescope spatial James Webb, l’équipe de chercheurs a examiné les briques et y a découvert une présence importante de monoxyde de carbone (CO) gelé. Il contient beaucoup plus de glace de dioxyde de carbone que prévu, ce qui a de profondes implications pour notre compréhension des processus de formation des étoiles.

Personne ne savait combien de glace il y avait au centre de la galaxie, selon Ginsburg. « Nos observations montrent de manière convaincante que la glace y est si répandue que toute observation future devra en tenir compte », a-t-il déclaré.

Les étoiles apparaissent généralement lorsque les gaz sont froids, et la présence importante de glace de dioxyde de carbone devrait indiquer une région prospère pour la formation d’étoiles dans les briques. Cependant, malgré cette richesse en dioxyde de carbone, Ginsburg et l’équipe de recherche ont constaté que la structure dépassait les attentes. Le gaz à l’intérieur de la brique est plus chaud que des nuages ​​similaires.

Ces observations remettent en question notre compréhension de l’abondance du dioxyde de carbone au centre de notre galaxie et du rapport gaz/poussière critique à cet endroit. D’après les résultats, les deux mesures semblent inférieures à ce que l’on pensait auparavant.

« Avec le télescope spatial James Webb, nous ouvrons de nouvelles voies pour mesurer les molécules en phase solide (glace), alors qu’auparavant nous étions limités à l’observation du gaz », a déclaré Ginsberg. « Cette nouvelle vision nous donne un aperçu plus complet de l’endroit où se trouvent les molécules et de la manière dont elles sont transportées. »

Ci-dessus : cliquez et faites glisser la poignée pour révéler la nébuleuse du filament.Le centre de la galaxie regorge d’étoiles : il y en a plus d’un demi-million sur cette image. À l’aide de filtres spécialisés du télescope spatial James Webb et d’un peu de Photoshop, l’équipe a pu supprimer les étoiles et révéler uniquement la nébuleuse filamenteuse de gaz chauds qui imprègne la galaxie intérieure. Les zones lumineuses sont celles où l’hydrogène est un plasma chaud, brillant de l’énergie des étoiles massives. La brique est la zone sombre où ce plasma lumineux est bloqué. Le long du bord de la brique, la lueur est plus bleue : cette apparence bleue est causée par la glace de dioxyde de carbone bloquant la lumière rouge, ne laissant passer que le bleu. Photos gracieuseté d’Adam Ginsburg.

Traditionnellement, la surveillance du CO2 se limite aux émissions du gaz. Pour détecter la répartition de la glace de dioxyde de carbone au sein de ce vaste nuage, les chercheurs avaient besoin d’un éclairage de fond intense provenant des étoiles et des gaz chauds. Leurs découvertes dépassent les limites des mesures précédentes, limitées à une centaine d’étoiles. Les nouveaux résultats incluent plus de dix mille étoiles, fournissant des informations précieuses sur la nature de la glace interstellaire.

Puisque les molécules de notre système solaire actuel étaient, à un moment donné, de la glace sur de minuscules grains de poussière qui se sont combinés pour former des planètes et des comètes, cette découverte représente également un pas en avant vers la compréhension des origines des molécules qui composent notre océan cosmique.

Ce ne sont là que les conclusions préliminaires de l’équipe à partir d’une petite partie des observations de la brique par le télescope spatial James Webb. En regardant vers l’avenir, Ginsberg vise une étude plus complète de la glace céleste.

« Nous ne connaissons pas, par exemple, les quantités relatives de dioxyde de carbone, d’eau, de dioxyde de carbone et de molécules complexes », a déclaré Ginsberg. « Grâce à la spectroscopie, nous pouvons mesurer cela et avoir une idée de la façon dont la chimie évolue au fil du temps dans ces nuages. »

Avec l’avènement du télescope spatial James Webb et de ses filtres avancés, Ginsburg et ses collègues disposent d’une opportunité la plus prometteuse à ce jour pour étendre notre exploration cosmique.

Les cellules vivantes sont bombardées de nombreux types de signaux moléculaires entrants qui influencent leur comportement. La capacité de mesurer ces signaux et la manière dont les cellules y répondent via des réseaux de signalisation moléculaire peut aider les scientifiques à en apprendre davantage sur le fonctionnement des cellules, y compris sur ce qui se passe lorsque nous vieillissons ou développons une maladie.

Actuellement, ce type d’études approfondies n’est pas possible car les techniques actuelles d’imagerie cellulaire sont limitées à quelques types différents de molécules au sein d’une cellule à la fois. Cependant, des chercheurs du MIT ont développé une méthode alternative qui leur permet de surveiller jusqu’à sept molécules différentes simultanément, et peut-être plus.

« Il existe de nombreux exemples en biologie où un événement déclenche une longue chaîne d’événements, qui mène ensuite à une fonction cellulaire spécifique », explique Edward Boyden, professeur Y. Eva Tan de neurotechnologie. « Comment cela se produit-il ? C’est sans doute l’un des problèmes fondamentaux de la biologie, alors nous nous sommes demandés : pourriez-vous simplement regarder cela se produire ? »

La nouvelle approche utilise des molécules fluorescentes vertes ou rouges qui clignotent à des rythmes différents. En imaginant la cellule pendant plusieurs secondes, minutes ou heures, puis en extrayant chaque signal fluorescent à l’aide d’un algorithme mathématique, la quantité de chaque protéine cible peut être suivie à mesure qu’elle évolue dans le temps.

Boyden, également professeur de génie biologique et de sciences du cerveau et cognitives au MIT, chercheur au Howard Hughes Medical Institute, membre du McGovern Institute for Brain Research du MIT et du Koch Institute for Integrative Cancer Research, ainsi que codirecteur du K Lisa Yang Center for Electronics Electronic, est l’auteur principal de l’étude, qui paraît aujourd’hui dans cellule. Yong Qian, chercheur postdoctoral au MIT, est l’auteur principal de cet article.

Signaux fluorescents

Le marquage des molécules à l’intérieur des cellules avec des protéines fluorescentes a permis aux chercheurs d’en apprendre beaucoup sur les fonctions de nombreuses molécules cellulaires. Ce type d’étude est souvent réalisé à l’aide de la protéine fluorescente verte (GFP), publiée pour la première fois pour l’imagerie dans les années 1990. Depuis lors, plusieurs protéines fluorescentes qui brillent dans d’autres couleurs ont été développées à des fins expérimentales.

Cependant, un microscope optique typique ne peut distinguer que deux ou trois de ces couleurs, permettant ainsi aux chercheurs d’avoir seulement un aperçu de l’activité globale se produisant à l’intérieur de la cellule. S’ils parviennent à suivre un plus grand nombre de molécules marquées, les chercheurs pourraient par exemple mesurer la réponse des cellules cérébrales à différents neurotransmetteurs au cours de l’apprentissage, ou étudier les signaux qui incitent une cellule cancéreuse à se propager.

« Idéalement, vous seriez en mesure d’observer les signaux dans la cellule lorsqu’ils fluctuent en temps réel, puis de comprendre comment ils sont liés les uns aux autres. Cela vous indiquera comment la cellule effectue ses calculs », explique Boyden. c’est qu’on ne peut pas regarder beaucoup de choses en même temps. »

En 2020, le laboratoire de Boyden a développé un moyen d’imager simultanément jusqu’à cinq molécules différentes à l’intérieur d’une cellule, en ciblant des rapporteurs fluorescents à différents endroits à l’intérieur de la cellule. Cette approche est connue sous le nom de «Multiplexage spatial« , permet aux chercheurs de distinguer les signaux provenant de différentes molécules même si elles peuvent toutes émettre une fluorescence de la même couleur.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont adopté une approche différente : au lieu de distinguer les signaux en fonction de leur emplacement physique, ils ont créé des signaux fluorescents qui variaient dans le temps. Cette technologie repose sur des « fluorophores commutables », qui sont des protéines fluorescentes qui s’allument et s’éteignent à une vitesse spécifique. Dans cette étude, Boyden et son équipe ont identifié quatre fluorophores verts commutables, puis en ont conçu deux autres, qui s’allument et s’éteignent tous à des rythmes différents. Ils ont également identifié deux protéines fluorescentes rouges qui mutent à des rythmes différents et ont conçu un fluorophore rouge supplémentaire.

Chacun de ces fluorophores commutables peut être utilisé pour marquer un type différent de molécule dans une cellule vivante, comme une enzyme, une protéine de signalisation ou une partie du cytosquelette de la cellule. Après avoir photographié la cellule pendant plusieurs minutes, heures ou même jours, les chercheurs utilisent un algorithme mathématique pour détecter le signal spécifique de chaque fluorophore, de la même manière que l’oreille humaine peut capter différentes fréquences sonores.

« Dans un orchestre symphonique, vous avez des instruments aigus, comme la flûte, et des instruments graves, comme le tuba. Et au milieu se trouvent des instruments comme la trompette. Ils ont tous des sons différents, et nos oreilles les trient, « , dit Boyden.

La technique mathématique utilisée par les chercheurs pour analyser les signaux des fluorophores est connue sous le nom de mélange linéaire. Cette méthode peut extraire différents signaux fluorophores, de la même manière que l’oreille humaine utilise un modèle mathématique connu sous le nom de transformée de Fourier pour extraire différentes hauteurs d’un morceau de musique.

Une fois cette analyse terminée, les chercheurs peuvent voir quand et où chacune des molécules marquées par fluorescence a été trouvée dans la cellule pendant toute la période d’imagerie. L’imagerie elle-même peut être réalisée à l’aide d’un simple microscope optique, sans nécessiter d’équipement spécialisé.

Phénomènes biologiques

Dans cette étude, les chercheurs ont démontré leur approche en marquant six molécules différentes impliquées dans le cycle de division cellulaire, dans les cellules de mammifères. Cela leur a permis d’identifier des modèles dans la façon dont les niveaux d’enzymes appelées kinases dépendantes de la cycline changent à mesure que la cellule progresse dans le cycle cellulaire.

Les chercheurs ont également montré qu’ils pouvaient classer d’autres types de kinases, impliquées dans presque tous les aspects de la signalisation cellulaire, ainsi que dans les structures cellulaires et les organites, tels que le cytosquelette et les mitochondries. En plus de leurs expériences utilisant des cellules de mammifères cultivées dans une boîte de laboratoire, les chercheurs ont montré que la technique pouvait fonctionner dans le cerveau des larves de poisson zèbre.

Selon les chercheurs, cette méthode pourrait être utile pour surveiller la façon dont les cellules réagissent à tout type d’apport, tel que les nutriments, les facteurs du système immunitaire, les hormones ou les neurotransmetteurs. Il peut également être utilisé pour étudier la façon dont les cellules réagissent aux changements dans l’expression des gènes ou aux mutations génétiques. Tous ces facteurs jouent un rôle important dans des phénomènes biologiques tels que le développement, le vieillissement, le cancer, la neurodégénérescence et la formation de la mémoire.

« Vous pouvez considérer tous ces phénomènes comme représentant une classe générale de problèmes biologiques, dans lesquels un événement à court terme – comme manger un nutriment, apprendre quelque chose ou contracter une infection – déclenche un changement à long terme », explique Boyden.

En plus de poursuivre ces types d’études, le laboratoire de Boyden travaille également à élargir le référentiel de fluorophores commutables afin de pouvoir étudier davantage de signaux dans la cellule. Ils espèrent également adapter le système afin qu’il puisse être utilisé dans des modèles de souris.