Les bio-ingénieurs de l'UCLA et leurs collègues ont découvert une nouvelle perspective sur la façon dont les cellules régulent la taille des mitochondries, les parties des cellules qui fournissent de l'énergie, en les coupant en unités plus petites.

Les chercheurs ont écrit que cette découverte, démontré avec des protéines de levure, pourrait éventuellement être utilisé pour aider à lutter contre les maladies humaines associées à une régulation déséquilibrée de la taille des mitochondries, par exemple, Maladies d'Alzheimer ou de Parkinson. En outre, car avoir des mitochondries trop petites ou trop grandes peut potentiellement conduire à des maladies incurables, il est concevable que les protéines responsables de ce processus puissent être des cibles potentielles pour de futures thérapies.

L'étude a été publiée dans ACS Science centrale et a été dirigé par le professeur de bio-ingénierie de l'UCLA, Gerard Wong.

A l'intérieur de la cellule, les mitochondries ressemblent aux longs ballons utilisés pour créer des animaux en ballon. Si les mitochondries sont trop longues, ils peuvent s'emmêler. Leurs tailles sont connues pour être principalement régulées par deux protéines, dont l'un brise les mitochondries plus longues en plus petites tailles. Ils sont connus comme les « centrales » des cellules car ils convertissent l’énergie chimique des aliments en une forme utile aux cellules pour remplir toutes leurs fonctions.

Garder les mitochondries à des tailles optimales est important pour la santé des cellules. Une quantité insuffisante de la protéine régulatrice, connu sous le nom de Dnm1, les mitochondries deviennent trop longues et emmêlées. Trop de Dnm1 entraîne trop de mitochondries courtes. Dans les deux cas, les mitochondries sont rendues essentiellement inefficaces en tant que fournisseurs d'énergie pour la cellule. Cette situation pourrait entraîner des troubles neurodéveloppementaux ou des maladies neurodégénératives, comme la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Parkinson.

Pour mieux comprendre ce mécanisme, les chercheurs ont utilisé une approche d'apprentissage automatique qu'ils ont développée en 2016 pour comprendre exactement comment les protéines décomposent une mitrochondrie en deux plus petites. Ils ont également utilisé une technique puissante appelée "diffusion synchrotron des rayons X aux petits angles" à la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford, un centre de recherche du Département de l'énergie des États-Unis, pour voir comment ces protéines déforment les membranes mitochondriales au cours de ce processus.

Avant cette étude, on pensait que ces protéines entouraient les mitochondries, puis coupez-le en deux en pressant simplement fermement. Le processus, l'équipe a découvert, est plus subtil.

"Quand Dnm1 s'enroule autour des mitochondries, il a déjà été démontré que la protéine se resserre et se pince physiquement, " a déclaré Michelle Lee, un récent diplômé d'un doctorat en bio-ingénierie de l'UCLA qui a été conseillé par Wong et est l'un des deux auteurs principaux de l'étude. "Ce que nous avons découvert, c'est que lorsque Dnm1 entre en contact avec la surface mitochondriale, cela rend également cette zone de la mitochondrie elle-même plus moulable et plus facile à subir. Ces deux effets fonctionnent main dans la main pour rendre le processus de division mitochondriale efficace."

L'autre auteur principal est Ernest Lee, un étudiant diplômé du programme de formation des scientifiques médicaux UCLA-Caltech et un étudiant diplômé en bio-ingénierie également conseillé par Wong. Il a effectué les analyses informatiques pour l'expérience.

"Grâce à notre outil d'apprentissage automatique, nous avons pu découvrir une activité cachée de remodelage membranaire dans le Dnm1, conforme à nos études radiographiques, " dit Lee. " Fait intéressant, en analysant des parents éloignés de Dnm1, nous avons constaté que la protéine a progressivement évolué cette capacité au fil du temps. »

"C'est un résultat très inattendu - personne ne pensait que ces molécules auraient une double personnalité, avec les deux personnalités nécessaires à la fonction biologique, " dit Wong, qui est également professeur de chimie et de biochimie à l'UCLA et membre du California NanoSystems Institute. "Le comportement multifonctionnel que nous avons identifié peut être la règle plutôt que l'exception pour les protéines."