Faire produire de la chaleur à des cellules

[Meiosis]

Bonjour,

Est-il possible de faire produire de la chaleur à certaines cellules dans un organisme in-vivo ?
Par exemple sur une souris les cellules seront à 37°C et je veux monter un certain type cellulaire à 40°C (sans toucher aux autres cellules).

J'ai pensé à un transgène AOX sous le contrôle d'un promoteur spécifique de ce type cellulaire (AOX est exprimé chez les plantes et permet la production de chaleur dans la mitochondrie) mais la protéine est active uniquement sous forme de monomère (et pas de dimère) et il se peut qu'il faille plein de régulations vu que c'est pas un gène exprimé normalement chez les mammifères, donc que ça ne marche pas.

J'ai regardé aussi la thermogénine présente dans le tissu adipeux brun et qui fait aussi de la chaleur mais là encore il faut de la noradrénaline pour l'activer et tout le contexte cellulaire qui n'existe pas forcément dans le type cellulaire ciblé.

Existe-t-il plus simple ?

Ou est-ce tout simplement impossible ?

Merci.
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[vpharmaco]

Pas à ma connaissance, mais celui qui y arrivera fera un joli papier

En beaucoup moins sélectif, on peut injecter des nanoparticules capables de s'accumuler préférentiellement dans des tissus tumoraux (généralement par effet EPR +/- vectorisation), qui vont générer une élevation de température en réponse à une irradiation externe. Mais c'est loin d'être aussi sélectif que ce que tu demandes https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3323111/

[Loupsio]

mais là encore il faut de la noradrénaline pour l'activer et tout le contexte cellulaire qui n'existe pas forcément dans le type cellulaire ciblé.

A quoi sert la noradrénaline dans son activation?
démarrer la transcription en agissant sur le promoteur? activer d'autres gènes nécessaire à la thermogénine?
Car si cela permet la transcription par régulation du promotteur, il te suffirait d'y mettre un promoteur constitutif
et si tu veux que ce soit pour certain type cellulaire uniquement, il faut y mettre un promotteur constitutif spécifique du tissu en question
Reste le problème de tout les autres acteurs intervenant s'ils ne sont pas présent initialement,

Le mieux serait de voir s'il n'existe pas un promotteur particulier pour tout ces acteurs, qui fait qu'ils sont tous transcrits dans le tissus adipeux bruns, et (s'il existe) determiner par quoi il est activé,

[Meiosis]

Pas à ma connaissance, mais celui qui y arrivera fera un joli papier

En beaucoup moins sélectif, on peut injecter des nanoparticules capables de s'accumuler préférentiellement dans des tissus tumoraux (généralement par effet EPR +/- vectorisation), qui vont générer une élevation de température en réponse à une irradiation externe. Mais c'est loin d'être aussi sélectif que ce que tu demandes https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3323111/

C'est marrant que tu me proposes ça car c'est le but visé.
Avec des nanoparticules d'or couvertes d'un polymère thermosensible on peut délivrer une drogue anticancéreuse une fois une certaine température dépassée.
Le but est donc de chauffer davantage les cellules cancéreuses par rapport aux autres cellules (genre 3° ou 4° en plus) pour délivrer le produit de la manière la plus spécifique possible.

La chaleur peut s'obtenir via un laser comme présenté dans ton article (le laser chauffe l'or, ce qui est convertit en chaleur via l'effet photothermique et chauffe le polymère thermosensible) et dans d'autres mais du coup je n'ai pas vu de chaleur produite par la cellule cancéreuse elle-même.

A quoi sert la noradrénaline dans son activation?
démarrer la transcription en agissant sur le promoteur? activer d'autres gènes nécessaire à la thermogénine?
Car si cela permet la transcription par régulation du promotteur, il te suffirait d'y mettre un promoteur constitutif
et si tu veux que ce soit pour certain type cellulaire uniquement, il faut y mettre un promotteur constitutif spécifique du tissu en question
Reste le problème de tout les autres acteurs intervenant s'ils ne sont pas présent initialement,

Le mieux serait de voir s'il n'existe pas un promotteur particulier pour tout ces acteurs, qui fait qu'ils sont tous transcrits dans le tissus adipeux bruns, et (s'il existe) determiner par quoi il est activé,

La noradrénaline sert à activer une PKA qui activera une lipase hormonosensible pour hydrolyser des triglycérides. Les acides gras activent ensuite la thermogénine en annulant les effets inhibiteurs de l'ATP et GTP.
Donc peut-être qu'il n'y a pas de lipase dans les cellules cancéreuses que je vise, ni de triglycérides (même s'il y en a sans doute dans des adiposomes).

C'est pour ça que j'ai pensé à l'AOX, a priori seule la transcription suffit à ce que le système soit actif, mais pas sûr.

[A voir en vidéo sur Futura]

[vpharmaco]

Je t'avoue que j'ai de gros doutes sur l'applicabilité d'une approche aussi complexe en clinique... néanmoins, tu as ici un papier qui pourra surement t'intéresser : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC323956/

[vpharmaco]

annulé.....

[Meiosis]

Effectivement c'est loin du clinique (d'ailleurs apparemment ça n'existe même pas in vitro et sur les animaux non plus).
C'est que du concept théorique que je sors et mon avis est le même : je pense que ça n'a que très peu de chances de réussir en pratique.
Mais si ça réussit ça pourrait avoir pas mal d'applications, même in vitro j'imagine.

Par contre je pense avoir trouvé un autre moyen qui a plus de chances de fonctionner (toujours en théorie mais là il y a quand même déjà plus d'éléments concrets et d'expériences qui ont été faites).
Si cela fonctionne véritablement il n'y aura plus besoin de laser pour chauffer les particules d'or.
Mais là encore il risque d'y avoir plein de biais et il faudrait le tester pour voir si ça marche (même si ça a un coût et que tester un truc sans savoir si ça va marcher bah voilà quoi).

Concernant l'article je te remercie, je le trouve très complet et bien structuré. J'ai retrouvé quelques unes de mes idées dedans mais ça m'a donné plein d'autres idées aussi.

[Meiosis]

Je précise ma dernière idée.

Le but serait de faire produire aux cellules cancéreuses une luciférase. Ensuite on injecte les particules d'or avec une luciférine modifiée, l'émission sera au proche infrarouge au lieu de 550nm avec la D-luciférine habituelle.
Donc les cellules cancéreuses produiront des infrarouge permettant de chauffer localement les nanoparticules d'or.
Il n'y aurait donc pas besoin d'éclairer avec un laser infrarouge depuis l'extérieur du corps.

Cependant la puissance d'un laser est beaucoup plus grande que pour les photons émis par la luciférase, donc je ne sais pas si un tel système permettrait de chauffer assez les particules d'or pour avoir le résultat voulu.
Mais d'un côté je me dis que la puissance du laser doit être grande pour pouvoir pénétrer les tissus jusqu'à la tumeur, là les infrarouge seraient produits directement dans la cellule donc peut-être qu'il n'y a pas besoin d'une puissance comparable à celle d'un laser.

Que pensez-vous de cette idée ?

[vpharmaco]

Mon avis (qui n'engage que moi et qui n'est pas forcément juste !):

Sauf à faire remplir la cellule de luciférine à l'aide un entonnoir, je crois malheureusement que la quantité d'énergie libérée sera vraiment infinitésimale. Et je pense que ce sera d'autant plus vrai si tu vas dans la gamme du proche-IR. Les sondes proche-IR (650-900 nm) sont très appréciées en imagerie médicale justement en raison de leur faible atténuation par les tissus bio, qui permet à la lumière proche-IR de voyager "loin" (une figure bien connue: http://www.vision-systems.com/articl...l-imaging.html). Si tu veux que ton emission soit absorbée par la cellule ou son environnement, il faut au contraire taper à dans les gammes à coté, ou mieux, que la totalité de l'énergie soit libérée par relaxation non-radiative...

Après, ce n'est qu'un avis "a priori". En cherchant bien, on doit bien trouver la quantité d'énergie libérée par mol de luciférine...

Je trouvais l'approche visant à augmenter l'activité métabolique de la cellule plus élégante et intéressante
Maintenant, cela supposerait i) de trouver une source d'énergie dans les cellules en questions (pas sûr qu'il y ait tant de lipides en stock) pour induire de la thermogenèse et ii) de parvenir à accroitre l'activité métabolique (sachant que les cellules cancéreuses sont déjà au taquet)
Pas simple, mais c'est un challenge ambitieux !

Une dernière remarque sur le concept global: Je reste circonspect sur l'intérêt de la combinaison thermogenèse cellulaire + nanoparticule-polymère. Si tu parviens à augmenter la température d'une cellule cancéreuse de 4°C, le job est fait. Son espérance de vie ne sera pas bien longue et elle mourra pas apoptose ou sera dégommée par la réponse inflammatoire résultante. Je ne suis pas sûr qu'il y ait besoin de s'embêter à co-administrer une autre drogue.

Par contre, trouver une méthode de contrôle de la thermogénèse des cellules est en soi je trouve hyperinteressant, même si les applications pratiques seront à trouver. Mais je ne m'inquiète pas pour çà, les biologistes sont créatifs !

Voilà, c'était Mon avis (qui n'engage que moi et qui n'est pas forcément juste !):

[Meiosis]

C'est ce que je pensais pour la luciférase.

Concernant la piste métabolique : j'ai vu que l'AOX de Sauromatum guttatum était constitutivement active donc peut-être qu'elle serait active une fois mise directement dans un organisme animal, sans avoir besoin de régulation ?

J'ai trouvé seulement 2 papiers avec une souris portant une AOX mais ce n'était pas l'AOX de Sauromatum guttatum (ils ont utilisé celle de Ciona intestinalis) et ils ne parlaient pas de température dans les deux articles. Par contre l'un des deux articles dit que la plupart de la physiologie de la souris était inchangée.

AOX est apparemment inhibé par les lipides mais activé par le glucose donc même s'il n'y a pas beaucoup de lipides ce n'est pas grave. De plus si on utilise une forme constitutivement active de AOX je ne sais pas ce que ça donne (personne l'a fait apparemment, y'a peut-être une raison ? Peut-être que ça ne pourrait pas marcher j'en sais rien).

Quand Sauromatum guttatum produit sa chaleur : AOX augmente en transcrit et la voie du cytochrome-c diminue donc peut-être qu'il serait intéressant d'abaisser également l'activité de la cytochrome c tout en surproduisant AOX.

[vpharmaco]

Là-dessus, je te laisse travailler. La régulation de la thermogenèse, ce n'est pas du tout mon domaine
Bon courage !

[Meiosis]

Merci pour tes encouragements.

À la base ce n'est pas mon domaine non plus, j'ai pensé à cette idée il y a deux jours, je vais plutôt travailler sur le mode d'action d'une molécule anticancéreuse.
C'est d'ailleurs pour ça que je cherchais absolument à faire entrer cette molécule dans l'histoire (avec les nanoparticules d'or).

Du coup je ne sais pas si je dois en parler ou pas, c'est quand même HS par rapport à mon sujet de thèse (mais ça touche toujours à la cancéro quand même).

[Meiosis]

Bonjour,

Je pense avoir trouvé une solution pour la thermogénine.
Si on ne peut pas avoir le contexte cellulaire alors autant apporter directement les acides gras libres dans les cellules non ?

Les acides gras libres seraient construits sous cette forme :

Acides gras libres-linker-glucuronide

Une glucuronidase va hydrolyser le glucuronide, le linker se désintègre ensuite spontanément et les acides gras sont libérés dans un environnement riche en glucuronidase donc (ça existe déjà avec des drogues anticancéreuses comme la cyclopamine où on a la molécule suivante : cyclopamine-linker-glucuronide).

On ferait donc exprimer aux cellules cancéreuses la glucuronidase ainsi que la thermogénine.
On injecte ensuite les acides gras liés au linker et ces derniers seront donc libérés uniquement près des cellules cancéreuses ayant la glucuronidase.
Les acides gras libres pourront traverser la membrane plasmique (étant hydrophobes) ainsi que celle mitochondriale pour activer la thermogénine => production de chaleur dans les cellules cancéreuses.

On pourrait aussi le faire in vitro : on fait exprimer la thermogénine et la glucuronidase à des cellules (même saines, pas forcément cancéreuses) et dans le milieu de culture on met ces acides gras liés au linker.
Si la thermogénine et la glucuronidase sont sous le contrôle d'un promoteur spécifique, on pourrait même déclencher la production de chaleur quand on veut et l'arrêter ensuite.

Je pense qu'il y a forcément un problème car ça a l'air simple.

Que pensez-vous de cette idée ?

[Flyingbike]

Il fait toute une machinerie pour oxyder des acides gras (pas que des mitochondries)
Et ça ne rentre pas tout seul ! C’est un peu plus compliqué et toujours pas parfaitement connu.

[Meiosis]

Je me disais bien que ce n'était pas aussi simple !

Du coup privilégier la voie AOX semble un meilleur choix.

[Meiosis]

Bonjour,

Je reviens avec une nouvelle idée, je ne sais pas si c'est réalisable.

C'est sur le principe de l'optogénétique, c'est-à-dire faire exprimer un canal à protons activé par une longueur d'onde spécifique.
Les canaux rhodopsine, en majorité, font sortir des protons. Mais un canal a été designé pour les faire rentrer : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19848403

Avec l'optogénétique on sait qu'on peut faire exprimer ces canaux dans des cellules animales (c'est surtout fait dans les neurones).

Mais serait-il possible de les faire adresser vers la membrane interne des mitochondries (en ajoutant les séquences signales adéquates) ?

De telle sorte que lors d'un signal lumineux le canal s'ouvre et permet le passage des protons vers la matrice, un peu comme la thermogénine quoi. Donc cela devrait produire de la chaleur et ce serait contrôlable par signal lumineux dans les types cellulaires voulus (si on met l'expression du canal sous le contrôle des promoteurs souhaités).