De nouveaux outils mathématiques révélant la rapidité avec laquelle les protéines cellulaires se décomposent sont sur le point de révéler des informations plus approfondies sur la façon dont nous vieillissons, selon un article récemment publié, co-écrit par un chercheur de l'État du Mississippi et ses collègues de la Harvard Medical School et de l'Université de Cambridge. P>

Galen Collins, professeur adjoint au département de biochimie, de biologie moléculaire, d'entomologie et de pathologie végétale de la MSU, a co-écrit l'article publié dans les Actes de l'Académie nationale des sciences. en avril.

"Nous comprenons déjà à quelle vitesse les protéines sont produites, ce qui peut se produire en quelques minutes", a déclaré Collins, qui est également scientifique à la Station expérimentale agricole et forestière du Mississippi. "Jusqu'à présent, nous comprenions très mal combien de temps il leur fallait pour tomber en panne."

L'article en mathématiques appliquées, « Détermination de l'entropie maximale de la dynamique du protéome des mammifères », présente les nouveaux outils qui quantifient les taux de dégradation des protéines cellulaires (à quelle vitesse elles se décomposent) et nous aident à comprendre comment les cellules grandissent et meurent et comment nous vieillissons. Les protéines (molécules complexes constituées de diverses combinaisons d'acides aminés) supportent l'essentiel de la charge de travail au sein d'une cellule, fournissant sa structure, répondant aux messages provenant de l'extérieur de la cellule et éliminant les déchets.

Les résultats ont prouvé que toutes les protéines ne se dégradent pas au même rythme, mais se répartissent en trois catégories, se dégradant en quelques minutes, heures ou jours. Alors que des recherches antérieures avaient examiné la dégradation des protéines cellulaires, cette étude a été la première à quantifier mathématiquement les taux de dégradation de toutes les molécules de protéines cellulaires, en utilisant une technique appelée entropie maximale.

"Pour certains types de questions scientifiques, les expériences peuvent souvent révéler une infinité de réponses possibles; cependant, elles ne sont pas toutes également plausibles", a déclaré l'auteur principal Alexander Dear, chercheur en mathématiques appliquées à l'Université Harvard.

"Le principe de l'entropie maximale est une loi mathématique qui nous montre comment calculer précisément la plausibilité de chaque réponse - son "entropie" - afin que nous puissions choisir celle qui est la plus probable."

"Ce genre de calcul est un peu comme une caméra qui zoome sur votre plaque d'immatriculation de loin et détermine quels devraient être les chiffres", a déclaré Collins. "L'entropie maximale nous donne une image claire et précise de la façon dont la dégradation des protéines se produit dans les cellules."

De plus, l’équipe a utilisé ces outils pour étudier certaines implications spécifiques de la dégradation des protéines pour les humains et les animaux. D'une part, ils ont examiné comment ces taux changent à mesure que les muscles se développent et s'adaptent à la famine.

"Nous avons constaté que la famine avait le plus grand impact sur le groupe intermédiaire de protéines dans les cellules musculaires, qui ont une demi-vie de quelques heures, provoquant un déplacement et une accélération de la dégradation", a déclaré Collins. "Cette découverte pourrait avoir des implications pour les patients atteints de cancer qui souffrent de cachexie ou de fonte musculaire due à la maladie et à ses traitements."

Ils ont également exploré comment un changement dans la dégradation de certaines protéines cellulaires contribue aux maladies neurodégénératives.

"Ces maladies surviennent lorsque les déchets protéiques, qui se décomposent généralement rapidement, vivent plus longtemps qu'ils ne le devraient", a déclaré Collins. "Le cerveau devient comme la chambre d'un adolescent, accumulant des déchets, et quand on ne le nettoie pas, il devient inhabitable."

Dear a affirmé que la valeur de l'étude réside non seulement dans ce qu'elle a révélé sur la dégénérescence des protéines cellulaires, mais également dans le fait qu'elle donne aux scientifiques une nouvelle méthode pour étudier l'activité cellulaire avec précision.

"Notre travail fournit une nouvelle méthode expérimentale puissante pour quantifier le métabolisme des protéines dans les cellules", a-t-il déclaré. "Sa simplicité et sa rapidité le rendent particulièrement adapté à l'étude des changements métaboliques."

Plus d'informations : Alexander J. Dear et al, Détermination de l'entropie maximale de la dynamique du protéome des mammifères, Actes de l'Académie nationale des sciences (2024). DOI : 10.1073/pnas.2313107121

Informations sur le journal : Actes de l'Académie nationale des sciences

Fourni par l'Université d'État du Mississippi