Filmer la naissance d’une protéine chez un vertébré vivant

Observer la traduction des ARN en temps réel dans un embryon de vertébré

Au cours du développement, la production des protéines est finement régulée. Cette production repose sur la traduction des ARN messagers : les ribosomes, véritables ateliers de fabrication des protéines, lisent l’information portée par ces ARN et assemblent les acides aminés qui constituent les protéines. Pourtant, observer directement ce processus dans un organisme vivant reste difficile. Jusqu’à présent, la visualisation de la traduction à l’échelle de molécules individuelles avait été réalisée dans des cellules et chez des embryons de drosophile, mais cette approche n’était pas accessible chez un vertébré vivant.

Le poisson-zèbre constitue un modèle particulièrement adapté pour relever ce défi : son embryon se développe à l’extérieur de la mère, est transparent et peut être observé en temps réel pendant les premières étapes du développement. Il permet ainsi de suivre les ARN et leur traduction directement dans les cellules d’un embryon de vertébré, dans leur contexte naturel.

Dans cette étude publiée dans la revue Science Advances, les scientifiques exploitent le premier système de microscopie « Lattice Light-Sheet » installé en France sur la plateforme Montpellier Ressources Imagerie de l’Infrastructure Nationale France Bioimaging. Cette technologie utilise de fins feuillets de lumière pour observer rapidement l’embryon vivant tout en limitant son exposition lumineuse. Elle est combinée au dispositif ALFA_array, qui permet de détecter les protéines nouvellement produites grâce à des « nanobodies » (nanocorps) fluorescents, de petits fragments d’anticorps capables de reconnaître un marqueur associé à ces protéines. 
Les scientifiques parviennent ainsi à visualiser simultanément les ARN messagers et leur traduction. Ils peuvent donc déterminer quels ARN sont effectivement traduits dans l’embryon de poisson-zèbre à l’échelle de la molécule unique.

Des séquences non codantes qui règlent la fabrication des protéines

Cette nouvelle capacité d’imagerie permet d’explorer directement le rôle des régions non traduites des ARN messagers, les UTR. Situées de part et d’autre de la séquence qui code la protéine, ces régions ne servent pas à assembler les acides aminés, mais participent au contrôle de la traduction.

Les scientifiques utilisent bmp2b, un gène essentiel du développement précoce du poisson-zèbre, comme système modèle et remplacent ses UTR par différentes UTR, notamment celle du virus Zika (ZIKV), puis mesurent directement l’effet de ces séquences sur la dynamique de traduction dans l’embryon vivant.

Les résultats montrent que les UTR modulent fortement l’efficacité de traduction. Avec la région 5’UTR du ZIKV, le nombre d’ARN engagés dans la traduction et le nombre de ribosomes associés aux ARN augmentent fortement, tandis que la vitesse d’élongation reste comparable. Le taux d’initiation peut notamment être jusqu’à quatre fois supérieur avec la 5’UTR virale.

Ces expériences illustrent ainsi l’intérêt de cette nouvelle approche : plutôt que de mesurer uniquement la quantité finale de protéines produites, il devient possible de voir directement comment les caractéristiques d’un ARN déterminent son comportement traductionnel à l’échelle de la molécule unique dans un organisme vivant.

Cette technologie ouvre une nouvelle possibilité pour étudier la régulation de la traduction chez les vertébrés, au cours du développement mais aussi dans d’autres contextes biologiques, notamment pour comprendre comment des ARN viraux détournent ou exploitent la machinerie de traduction des cellules.

Figure : Visualisation de la traduction dans l’embryon de poisson-zèbre. 

1. Principe de l’imagerie par microscopie Lattice Light-Sheet. 
2. Principe du système ALFA_array: des répétitions de la séquence ALFA sont ajoutées à la protéine produite et reconnues par des nanobodies fluorescents génétiquement encodés, permettant de visualiser les protéines nouvellement synthétisées. 
3. Vue d’ensemble d’un embryon de poisson-zèbre exprimant le nanobody fluorescent anti-ALFA. 
4. Agrandissement montrant des ARN messagers en cours de traduction : chaque signal (flèche jaune) correspond à un ARN sur lequel des protéines sont en cours de synthèse.

En savoir plus : Bellec M, Liang J, Mattonet K, Morisaki T, Lay M, Maischein HM, Avinens D, Martinet V, Muriaux D, Stasevich TJ, Dufourt J, Stainier DYR. Real-time single-molecule imaging in zebrafish embryos uncovers noncanonical translation. Sci Adv. 2026 Oct 9;12(41):eaeb6883. doi: 10.1126/sciadv.aeb6883. Epub 2026 Oct 7. PMID: 42842675; PMCID: PMC13644797.