Analyse d'un spectacle de lumière cellulaire
L'inflammation est la manifestation externe de la réponse protectrice du corps aux dommages des tissus ou aux blessures. Les substances migrent vers le site des dommages pour réparer les tissus environnants. Le revers de la médaille est que les inflammations chroniques causent des dommages aux tissus. Cela joue un rôle dans une pléthore de maladies courantes allant de l'asthme à l'ostéoarthrite. Les facteurs de transcription qui contrôlent l'expression des gènes jouent un rôle dans la réponse inflammatoire. Certains membres de la famille des facteurs nucléaires kappaB (NF-kB) régulent plusieurs étapes. Le soutien apporté par l'UE au projet NONLIN-KB («Role of nonlinear dynamics of NF-kB in inflammation») a donné aux scientifiques l'opportunité d'étudier les oscillations de NF-kB entre le cytoplasme et le noyau et de les analyser de manière mathématique. Au niveau expérimental, induire et observer les oscillations a requis la construction d'une configuration spéciale pour l'imagerie des cellules avec du NF-kB marqué de manière fluorescente. La configuration permet la perfusion microfluidique des cellules avec plusieurs facteurs biochimiques et une imagerie simultanée. La quantification des réponses de centaines de cellules a nécessité le développement d'un logiciel spécialisé. Les algorithmes utilisent les quantificateurs de la théorie de la dynamique non linéaire pour décrire la dynamique observée via une analyse des séries chronologiques. L'équipe a reproduit fidèlement les observations expérimentales avec un modèle simplifié exploitant seulement trois couches de réglementation. Cela doit être un outil important pour prédire les mécanismes possibles de la régulation de la transcription NF-kB. Avec ces outils puissants, les chercheurs ont découvert que les oscillations sont bien plus compliquées qu'on ne le pensait. Elles peuvent être périodiques ou pas, et peuvent également commencer de manière spontanée en l'absence de stimuli. Dans de nombreuses conditions, les cellules peuvent présenter une dynamique coordonnée ou des oscillations NF-kB synchrones. Toutefois, en présence de stimuli périodiques, le comportement coordonné peut être assez hétérogène entre les cellules. Le médicament dexaméthasone généralement utilisé pour traiter les maladies inflammatoires a été observé pour son effet sur les oscillations induites par des stimulations. Il a modifié la dynamique des oscillations mais également le profil de la transcription, donnant un interrupteur de potentiel pour contrôler les réponses inflammatoires. Le projet multi-disciplinaire NONLIN-KB appliquait la dynamique non linéaire à l'étude des fluctuations intra-cellulaires dans l'espace et le temps d'un facteur de transcription contrôlant la réponse inflammatoire. Les modèles ont fourni un aperçu des changements induits par des stimuli et pointent vers des objectifs potentiels pour la thérapie.
Mots‑clés
Dynamique non linéaire, inflammation, facteur nucléaire kappaB, NF-kB, oscillations