Acute in vivo proximity labeling for membrane targeted proteomics in neuronal circuits

Imaginez essayer de comprendre comment fonctionne le système de circulation d'une ville en regardant seulement une carte statique. Vous savez où se trouvent les routes, mais vous n'avez aucune idée de la façon dont les voitures circulent lorsqu'une sirène retentit ou lors de l'heure de pointe. C'est le défi auquel les neuroscientifiques sont confrontés lorsqu'ils étudient le cerveau : ils veulent voir comment le « trafic » des protéines à l'intérieur des cellules cérébrales change alors qu'un animal est éveillé et en train de faire quelque chose de concret, comme réagir à une drogue.

Jusqu'à présent, les outils disponibles étaient comme essayer de prendre en photo une voiture de course à pleine vitesse avec un appareil photo qui ne prend une photo qu'une fois par an. Le temps que la photo soit développée, la voiture avait déjà changé de voie, et vous aviez manqué le moment précis de la course.

Le nouveau système de « marqueur intelligent »
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont construit un nouvel outil basé sur une enzyme appelée TurboID. Considérez cette enzyme comme un artiste graffeur de haute technologie qui peut être programmé pour peindre uniquement sur des murs spécifiques.

• La cible : Au lieu de peindre toute la ville, ils ont programmé cet artiste pour ne marquer que les protéines situées sur la « clôture » (la membrane) de cellules cérébrales spécifiques.
• Le déclencheur : L'artiste est dormant jusqu'à ce que vous lui donniees un signal spécifique — une injection de biotine (une substance de type vitamine). Une fois injecté, l'artiste se réveille et commence à marquer les protéines voisines pendant une fenêtre de temps très courte et précise (seulement une à deux heures).
• La précision : C'est comme avoir un projecteur qui n'éclaire qu'un coin de rue spécifique pendant 90 minutes. Tout ce qui se passe en dehors de ce temps ou de ce lieu reste non marqué.

Cartographier le « câblage » du cerveau
L'équipe a utilisé cette méthode dans le cortex préfrontal médial (mPFC), une partie du cerveau impliquée dans la prise de décision. Ils n'ont pas seulement observé les corps cellulaires (les « quartiers généraux » des neurones) ; ils ont également suivi les marqueurs tout au long des longs « câbles » (axones) qui se connectent à d'autres parties du cerveau.

C'est comme s'ils pouvaient marquer un message envoyé depuis un quartier général dans une ville et voir exactement quelles protéines étaient impliquées dans l'envoi de ce message vers un bureau de branche dans une autre ville, le tout pendant que l'animal se déplaçait.

L'expérience de la « cocaïne »
Pour tester si ce système pouvait capturer des changements en temps réel, ils ont administré une dose de cocaïne aux souris. Cela revient à appuyer sur le « bouton de panique » dans le système de circulation de la ville.

En utilisant leur nouvelle méthode de marquage, ils ont pu :

1. Identifier quelles protéines étaient uniques aux corps cellulaires par rapport aux terminaisons axonales.
2. Repérer exactement quelles protéines dans les corps cellulaires ont été « améliorées » ou ont vu leur nombre augmenter spécifiquement à cause de l'injection de cocaïne.

L'essentiel
Cet article présente un moyen de prendre un « instantané » de la machinerie moléculaire du cerveau avec une grande précision. Il permet aux scientifiques de voir quelles protéines spécifiques sont actives dans des parties précises d'un neurone lors d'un événement court et spécifique chez un animal vivant et en comportement. Cela comble le fossé entre l'observation du fonctionnement d'un circuit cérébral et l'observation des changements moléculaires réels qui se produisent à l'intérieur de celui-ci à ce moment précis.