Publié le 7 octobre 2025. Des chercheurs japonais ont développé une méthode innovante pour mesurer la force des moteurs moléculaires essentiels au fonctionnement des neurones, ouvrant la voie à un meilleur diagnostic des maladies neurologiques liées à des mutations de ces protéines.
Les cellules, y compris celles de notre système nerveux, dépendent du transport de matériaux pour fonctionner correctement. Ce rôle est assuré par de petites « voitures » moléculaires constituées de protéines appelées KIF1A. Lorsque cette protéine est mutée, cela peut entraîner des troubles neurologiques graves, tels que des difficultés motrices, un déficit intellectuel ou une dégénérescence nerveuse. Bien que ces mutations aient un impact connu sur les performances motrices, leur mesure précise restait jusqu’à présent un défi.
Une équipe de chercheurs de l’Université de Tokyo et de l’Institut national des technologies de l’information et des communications (NICT) au Japon a relevé ce défi grâce à l’utilisation d’un « nanoressort », une structure minuscule en forme de spirale conçue à partir d’ADN. Cette avancée pourrait considérablement améliorer le diagnostic des maladies associées aux mutations de KIF1A.
« Les maladies neurologiques comme le trouble neurologique associé à KIF1A (KAND) peuvent avoir un impact dévastateur sur la vie des patients. Des efforts considérables sont donc déployés pour rechercher des moyens d’atténuer certains de ces symptômes, et un diagnostic précoce est crucial. Les mutations dans la protéine motrice KIF1A sont à l’origine du KAND. Il a été rapporté que certaines formes mutées de KIF1A génèrent une force motrice inférieure à 1 piconewton, contre 3,8 piconewtons pour la version saine. Ces forces sont extrêmement difficiles à détecter. Même une copie saine de KIF1A, à 3,8 piconewtons, n’exerce qu’un milliardième de la force nécessaire pour soulever une pomme. Des études antérieures ont tenté d’utiliser des pinces optiques à base de lasers, mais les signaux étaient peu clairs et les échantillons avaient tendance à se détacher. C’est pourquoi nous avons cherché une meilleure alternative, ce qui m’a conduit à utiliser un nanoressort à ADN en forme de bobine, créé par le chercheur principal Mitsuhiro Iwaki du NICT, une première en son genre. »
Professeure Kumiko Hayashi, Institut de physique du solide, Université de Tokyo
Le nanoressort, dont le nom est assez évocateur, est une minuscule bobine de quelques nanomètres de long – soit un milliardième de la largeur d’un cheveu humain – entièrement constituée d’ADN. Sa particularité réside dans sa capacité à être solidement fixé à la fois à une surface stable et à une protéine KIF1A. Grâce à sa nature élastique, il s’étire proportionnellement à la force qui lui est appliquée. Ce léger étirement est rendu visible sous microscope grâce à une fluorescence, permettant ainsi à la Professeure Hayashi et son équipe de mesurer avec une grande précision la force exercée par KIF1A.
« Après avoir obtenu des images de fluorescence du nanoressort, il était nécessaire d’estimer sa longueur à partir de ces images, et nous avons développé une méthode d’estimation pour ce faire. La science de l’information s’est également révélée importante pour l’analyse d’une seule molécule », a précisé la Professeure Hayashi.
La fabrication de ces nanoressorts repose sur une technique appelée « origami d’ADN ». Ce procédé utilise un long brin d’ADN qui est ensuite plié à l’aide de nombreux brins plus courts. Des programmes informatiques spécialisés aident à concevoir des formes bidimensionnelles et tridimensionnelles à l’échelle nanométrique. L’ADN se replie alors de manière autonome, les molécules s’assemblant de manière prévisible. Cette précision permet aux chercheurs de construire des structures microscopiques ressemblant à des ressorts, suivant un plan établi avec une fiabilité surprenante.
Bien que le nanoressort à ADN ne constitue pas en soi un traitement, son potentiel pour améliorer le diagnostic du KAND représente un progrès significatif. La Professeure Hayashi et son équipe travaillent actuellement à l’élaboration de méthodes d’analyse de données à haut débit, car il existe plus d’une centaine de mutations connues de KIF1A. L’objectif est de créer une base de données répertoriant les mesures de force associées à chaque mutation.
« Étant donné que les propriétés biophysiques de la protéine motrice sont importantes pour prédire la gravité de la maladie, nous visons à améliorer les prévisions de la gravité du KAND en intégrant ces données dans des modèles basés sur l’intelligence artificielle et les performances des protéines », a conclu la Professeure Hayashi.
Source:
Référence du journal :
Takamatsu, N., et al. (2025). Programmable DNA origami nanospring measures the detachment force of the kinesin-3 motor KIF1A. doi.org/10.7554/eLife.108477.1