Un nouveau biocapteur mesure rapidement et avec précision les concentrations de glutamine

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En 2023, l’espérance de vie en Corée sera de 83,6 ans, la troisième plus élevée parmi les pays de l’OCDE, et elle augmente régulièrement chaque année. À mesure que la proportion de personnes âgées augmente, le coût social du traitement de diverses maladies gériatriques augmente également rapidement, et le diagnostic précoce des maladies suscite un intérêt croissant. Parmi les différentes méthodes de diagnostic, les chercheurs mènent activement des recherches sur la mesure de la glutamine comme indicateur des maladies gériatriques en constatant que la concentration de glutamine dans les cellules et le sang des patients atteints de maladies graves telles que le cancer, le diabète et la démence est considérablement modifiée par rapport à personnes normales.

Le Dr Seo, Moon-Hyeong du Centre de recherche sur les produits naturels de l’Institut avancé des sciences et technologies de Corée (KIST), en collaboration avec le Dr Park, Keunwan du Centre de recherche informatique sur les produits naturels, ont développé une technologie qui peut rapidement et précisément mesurer les concentrations de glutamine sans processus de mesure compliqués ni équipement analytique coûteux grâce au principe de « l’assemblage de protéines induit par un ligand ».

La glutamine est un acide aminé présent dans le sang qui est utilisé par les cellules pour synthétiser des protéines ou comme source d’énergie. Sa fluctuation rapide dans certaines situations en fait un biomarqueur utile pour le traitement et le diagnostic précoce des maladies. Pour cette raison, les chercheurs étudient activement le métabolisme de la glutamine dans l’organisme afin de diagnostiquer les maladies métaboliques et dégénératives, notamment le traitement du cancer en inhibant le métabolisme de la glutamine, qui est également un nutriment pour les cellules cancéreuses.

Jusqu’à présent, la mesure de la concentration de glutamine dans le corps reposait sur des équipements analytiques spécialisés coûteux tels que des analyseurs d’acides aminés, qui ne peuvent pas mesurer en temps réel les changements de concentration de glutamine dans les cellules vivantes. Dans le cas de kits de recherche relativement peu coûteux, des processus de prétraitement fastidieux, tels que l’élimination des protéines dans les échantillons biologiques, étaient nécessaires, ce qui entraînait des temps de mesure longs et une faible précision.

L’équipe a développé une protéine capteur pour mesurer la glutamine basée sur le principe de « l’assemblage de protéines induit par un ligand » qui peut facilement mesurer la concentration de glutamine dans le sang. En séparant une protéine liant la glutamine en deux protéines artificielles, puis en la liant à l’échantillon, nous l’avons nommé Q-SHINE en combinant Q, le symbole de la glutamine, et SHINE, qui signifie brillant. Les expériences ont montré que le capteur Q-SHINE était très sélectif et ne répondait pas aux acides aminés de structure similaire tels que l’acide glutamique et la D-glutamine. La concentration la plus faible de glutamine pouvant être mesurée est de 1 micromolaire (µM, un millionième de molaire), soit 20 fois inférieure au test enzymatique le plus couramment utilisé dans les kits de recherche. De plus, la protéine capteur peut être facilement produite dans E. coli, ce qui permet à un kit de recherche d’analyser les concentrations de glutamine au même niveau que des instruments d’analyse valant des centaines de millions de dollars.

L’équipe a également utilisé le capteur Q-SHINE pour surveiller en temps réel les changements de concentration de glutamine dans le cytoplasme et les mitochondries des cellules vivantes. En particulier, en vérifiant la différence de concentration de glutamine entre les cellules cancéreuses et les cellules normales, on s’attend à accélérer le développement de médicaments anticancéreux en inhibant le métabolisme de la glutamine.

“Le capteur Q-SHINE développé par KIST permettra une surveillance facile de la concentration de glutamine, similaire à l’autosurveillance de la glycémie par les diabétiques”, a déclaré le Dr Seo Moon-Hyeong. “S’il est utilisé pour la recherche sur le métabolisme de la glutamine, il contribuera grandement au diagnostic précoce et à l’identification des causes de maladies gériatriques graves telles que le cancer, le diabète et la démence, ainsi qu’au développement de médicaments anticancéreux qui régulent le métabolisme de la glutamine.”

Référence: Lim Y, Kim JY, Jung YH et al. Q-SHINE : Un capteur polyvalent pour la mesure de la glutamine via dimérisation induite par un ligand. Actionneurs Sens B : Chimique. 2023;390:133951. est ce que je: 10.1016/j.snb.2023.133951

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