Transfection
Définition
La transfection fait généralement référence à l'introduction d'acides nucléiques dans des cellules eucaryotes, ou plus spécifiquement, dans des cellules animales, par des méthodes non virales. Cependant, le terme transfection est également utilisé pour désigner l'infection d'une cellule spécifiquement avec un acide nucléique viral isolé soit à partir d'un virus eucaryote, soit à partir d'un bactériophage. Par exemple, l'électroporation recourt à la transfection intracellulaire. La transduction est une forme de transfection.
Les techniques de transfection :
La transfection est le processus d'introduction d'acides nucléiques dans des cellules eucaryotes par des méthodes non virales.
Explications
Les scientifiques s'appuient sur la transfection comme technique puissante pour moduler l'expression des gènes dans les cellules eucaryotes in vitro et in vivo.
Moyens et objectifs
L'objectif principal de la transfection est d'étudier la fonction des gènes ou des produits géniques, en améliorant ou en inhibant l'expression de gènes spécifiques dans les cellules, et de produire des protéines recombinantes dans des cellules de mammifères.
La technique pour transfecter une cellule eucaryote se fait à l'aide de diverses méthodes chimiques ou physiques. Cette technologie de transfert de gènes permet d'étudier la fonction des gènes et l'expression des protéines dans un environnement cellulaire.
L'édition de gènes se concentre principalement sur la perte ou le gain de fonctions cellulaires, souvent étudiées par l'insertion d'un gène particulier (modifié) par transfection de plasmide. Malheureusement, une grande variété de cellules sont difficiles à transfecter avec de l'ADN plasmidique. Cette étape cruciale dans les expériences d'expression génique peut limiter énormément la progression des recherches.
Principes
La transfection est le processus qui permet à des acides nucléiques exogènes de contourner la membrane cellulaire pour entrer dans les cellules. Les acides nucléiques exogènes couramment utilisés sont l'ADN plasmidique, l'ARN, le pARNi (ARNsi, siRNA, petit ARN interférent) et les oligonucléotides. Une fois délivrés dans les cellules, les acides nucléiques modulent l'expression des gènes en entraînant la surexpression ou le silence d'un gène d'intérêt.
La surexpression génique est un outil indispensable pour plusieurs applications, de la compréhension du rôle du gène d'intérêt (études de gènes, criblage à haut débit), à la production de produits biologiques tels que des anticorps (production de protéines) et des particules virales recombinantes, notamment à des fins thérapeutiques (production de virus pour la thérapie génique et cellulaire).
Le silençage génique est une méthode utilisée pour empêcher l'expression d'un gène d'intérêt. L'expression d'un gène peut être partiellement réduite (gêne knockdown) ou complètement bloquée (gêne knockout). Parce que n'importe quel gène peut potentiellement être ciblé, le silençage génique est une technique répandue utilisée pour développer des thérapies géniques pour traiter les pathologies monogéniques, le cancer et dans les stratégies d'immunothérapie.
La transfection d'acides nucléiques dans des cellules ne peut être réalisée sans l'aide d'une méthode de transfection. Il existe plusieurs méthodes physiques telles que l'électroporation, la sonoporation ou la microinjection mais ces procédés sont complexes et relativement toxiques pour les cellules de mammifères. Pour résoudre ces problèmes, la transfection à médiation chimique offre une excellente alternative : facilité d'utilisation, efficacité de transfection élevée et excellente viabilité cellulaire.
Processus de transfection d'ADN
La méthode la plus connue et la plus utilisée est la transfection d'ADN pour exprimer un gène (modifié) d'intérêt dans vos cellules. A cet effet, un ADN plasmidique formera un complexe avec le réactif de transfection et se fixera sur la membrane cellulaire. Ce complexe réactif-ADN est absorbé par la cellule et l'ADN est libéré dans le cytoplasme par endocytose. Il devra entrer dans le noyau avant de pouvoir être transcrit, via le pré-ARNm, en ARNm. Cette entrée d'ADN dans le noyau est une étape cruciale car l'ARNm est nécessaire pour traduire le gène en une protéine et l'étape la plus difficile à réaliser avec des cellules difficiles à transfecter.
Une fois l'ARNm formé, la molécule d'ARNm sera libérée dans le cytoplasme et traduite en une protéine.
Processus de transfection d'ARNm
Le processus de transfection d'ARNm est plus simple : l'ARNm est directement délivré et exprimé dans le cytoplasme et ne nécessite donc pas de traverser la membrane nucléaire. Après l'accouchement, il peut être immédiatement traduit en une protéine dans le cytoplasme.
Cette méthode d'expression génique ne nécessite pas que la molécule d'ARNm pénètre dans le noyau. Il s'agit d'une solution idéale pour la transfection de cellules souches, de neurones, de lymphomes et de nombreux autres types de cellules difficiles à transfecter (voir la section Téléchargement ci-dessous). La nature transitoire de la transfection d'ARNm est souhaitable pour de nombreuses applications, y compris la reprogrammation cellulaire, l'édition du génome (CRISPR/Cas9) et les vaccins.
Avantages de la transfection d'ARNm
La transfection d'ARNm présente certains avantages par rapport à la transfection d'ADN, qui sont particulièrement utiles lorsque vous travaillez avec des types de cellules difficiles dans la recherche sur l'édition de gènes :
- L'ARNm a tendance à transfecter plus efficacement avec des rendements plus élevés atteints (> 80 %) pour les types de cellules difficiles à transfecter.
- La transfection de l'ARNm entraîne une expression plus rapide de la protéine, car elle n'a pas besoin d'être transcrite au préalable.
- L'expression de la protéine est facilement ajustable en changeant les concentrations d'ARNm ou la répétition de transfection.
- La transfection d'ARNm ne nécessite pas d'entrée dans le noyau et est donc parfaitement adaptée aux cellules qui ne se divisent pas.
- Pas de risque de mutagenèse insertionnelle, donc pas de modification du génome de la cellule transfectée.
Transfection à médiation chimique
Il existe trois principales solutions de transfection à médiation chimique :
- Encapsulation de matériel génétique avec un réactif de transfection : les acides nucléiques sont chargés négativement en raison de leur squelette polyphosphate et sont donc capables d'interagir avec des réactifs de transfection chargés positivement (polymères ou lipides). Cela entraîne la formation de complexes de transfection ou de nanoparticules, qui protègent les acides nucléiques de la dégradation médiée par les nucléases.
- absorption cellulaire des nanoparticules : la plupart des cellules expriment des protéoglycanes d'héparane sulfate chargés négativement sur la surface externe de leur membrane cellulaire, avec lesquels des complexes de transfection chargés positivement sont capables d'interagir. Cette interaction est essentielle pour déclencher l'absorption cellulaire via un processus d'endocytose.
- Libération dans le cytosol et si besoin transport dans le noyau pour la transcription : lors de l'absorption cellulaire, les complexes de transfection sont séquestrés dans des vésicules intracellulaires. Nos réactifs de transfection sont capables d'induire la libération des acides nucléiques dans le cytoplasme par rupture ou fusion de la membrane vésiculaire. La plupart des acides nucléiques (oligonucléotides, siRNA, mRNA, etc…) restent dans le cytoplasme où ils sont actifs. En cas de transfert de gène, l'ADN plasmidique est transporté dans le noyau pour une expression transitoire) qui peut devenir permanente après intégration du génome (expression stable).
Synonymes, antonymes
1 synonyme (sens proche) de "transfection" :
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