Rendre visible l’inconnu par fluorescence ?

mardi 2 février 2010

Il est étonnant de voir comment une découverte sans application immédiate, à l’origine simple réponse à une question banale, peut changer le quotidien de nombreux scientifiques. [1]

Petite cause grands effets

Le parcours créatif commence dans les années 50 pendant lesquelles Osamu Shimomura, jeune étudiant à Kyoto cherche à répondre à une question de son directeur de laboratoire :

"Pourquoi le mollusque Cypridina, une fois écrasé, devient fluorescent ?"

En 1956, Shimomura trouve la réponse en isolant une protéïne de Cypridina hilgendorfii responsable de sa luminescence. Quelques heures après l’attribution du Prix Nobel, Shimomura, alors agé de 80 ans déclarera [2] : "Je n’avais aucune idée de l’utilisation de cette protéïne fluorescente jusqu’à ce que Chalfie découvre en 1994 que cette protéïne pouvait être exprimée dans des cellules vivantes. Pendant longtemps, je n’avais donc aucune idée de l’utilisation de ces protéïnes "

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Cypridina hilgendorfii
La luciferine produite par le mollusque rend l’animal luminescent

L’engouement de Shimomura pour les méduses ne s’arrête pas à sa première découverte. Dès 1960, à son arrivée à Princeton , il s’intéresse de nouveau à la bioluminescence [3] de la méduse Aequoria victoria dont il extrait la protéine l’aquarin.

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Aequorea victoria
Shimomura pensait plus d’un million de spécimens d’Aequorea nécessaires à l’isolation de la protéine fluorescente GPF

Dès 1971, Morin et Hastings décrivait la biofluorescence : la GFP (Green Fluorescent Proteïn) absorbe l’aequorine émettant une lumière bleue et émet par fluorescence une lumière verte. Mais il revient à Shimomura le mérite de la caractérisation du chromophore de la GFP. Considérant la protéïne comme "contaminant", il n’envisage cependant pas son utilisation comme traceur.

Tout dépend de celui qui voit

L’imagination de Douglas Prasher pense à la GFP sous cet aspect. Si n’importe quelle cellule pouvait en réaliser la synthèse, la GFP, associée à n’importe quelle protéïne pourrait alors signaler la présence de cette dernière.

La GFP rend les méduses fluorescentes ( O. Shimumora)

Une cellule quelconque synthétise la GFP

La GFP est associée à une protéïne quelconque

La protéïne est visible par fluorescence (D. Prasher)

D. Prasher, [4] par des techniques biomoléculaires insére le gène de la GFP au bout du gène d’une autre protéine et parvient ainsi à cloner le gène de la GFP. Ce clône alors intéresse M. Chalfie qui travaille dans un tout autre domaine sur le vers Caenorhabditis elegans. Les propriétés fluorescente de la protéïne lui servent à marquer ses gènes qu’il repère alors par observation sous rayons ultra violets. Ce saut de la GFP d’abord considérée comme contaminant par O. Shimumora devient un traceur aux yeux de D. Prasher et s’écrit :

La GFP est un contaminant (O. Shimumora)

Le "contaminant" est un traceur (D. Prasher et M. Chalfie)

En agissant sur les amino-acides de cette protéïne luminescente, le prof Roger Tsien, [5], a ensuite étendu la palette de couleurs au-delà du vert. Il a, par exemple, réussi à modifier génétiquement des souris pour produire dans les cellules nerveuses de leur cerveau divers niveaux de cyan, jaune et rouge, rendant ainsi visible le réseau des fibres nerveuses

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La protéïne GPF
La protéïne luminescente ou "Green Fluorescent Protein"

Véritable parcours du combattant, le cheminement de la protéïne est l’exemple type d’une découverte hors de tout objectif en particulier commercial dont l’intérêt réside avant tout dans les retombées inattendues de son application. Loin d’être la reconstitution d’un puzzle, comme dans le cas de la découverte de l’ADN, le cheminement est une suite d’interprétations de scientifiques pour des scientifiques.


[1Que Marie Claude Leclerc soit ici remerciée d’avoir attiré mon attention sur ce parcours créatif !

[2Dans l’interview réalisée quelques heures
après l’attribution du prix Nobel (www.nobelprize.org), il dit tout simplement : « I didn’t know any use of that protein, of that fluorescent protein, at that time, MEDECINE/SCIENCES 2008 ; 24 : 983-4
until Chalfie discovered in 1994 that it can be
expressed in living cells. So I had no idea of the applications
of green fluorescent protein for a long time ».

[3La luminescence est provoquée lar l’émission d’un photon à partir d’une protéïne revenant d’un état excité à un état stable

[4Si le Prix Nobel ne lui est pas attribué M. Chalfie et R.Y. Tsien reconnaissent sa contribution.

[5professeur à l’Université de Californie à San Diego