Les cils sont de petits organites ressemblant à des cheveux qui s'étendent des cellules et remplissent de nombreuses fonctions, y compris la motilité et la signalisation. Les chercheurs ont maintenant révélé que les cils ont un centre de transport spécialisé à leur base, où les trains et les cargaisons sont assemblés pour le transport à travers les cils. Étant donné que les défauts de ce système de transport des cils peuvent entraîner des affections telles que des reins kystiques ou la cécité, les résultats publiés dans Science fournissent également de nouvelles informations sur la base moléculaire de diverses maladies.

Les cils remplissent de nombreuses fonctions pour la cellule :ils aident les cellules à nager, à déplacer les fluides et à s'envoyer des messages. Les cils nous permettent de voir, ils éliminent les substances des poumons, déplacent les fluides dans le cerveau et nous permettent de percevoir les odeurs et les sons. Ils sont également indispensables à notre développement et au bon agencement de nos organes. Si leur fonction est perturbée, une grande variété de maladies peuvent en résulter, notamment des maladies cardiaques, rénales et pulmonaires, la cécité ou l'infertilité.

L'assemblage et la fonction des cils reposent sur de grands trains de protéines qui transportent des cargaisons importantes vers la pointe ciliaire et vers la base. Même les plus petites mutations dans des composants individuels peuvent paralyser le trafic à l'intérieur des cils.

L'équipe de recherche dirigée par le professeur Ben Engel du Biozentrum de l'Université de Bâle avec des collègues de l'Université de Genève et de l'institut de recherche Human Technopole de Milan a maintenant réussi à examiner les cils dans leur environnement naturel. Leur analyse a révélé pour la première fois la structure 3D native de la base ciliaire. Ici, ils ont découvert une plaque tournante de transport très fréquentée, avec des trains en cours d'assemblage et de chargement en vue de leur voyage dans les cils.

Station de chargement pour le transport des cils

Les cils sont fermement ancrés à la cellule à leur base. "Voici la station de départ du transport des cils", explique Hugo van den Hoek, premier auteur de l'étude. "Les trains sont assemblés ici, chargés de marchandises et placés sur les rails." Il y a un total de neuf rails différents à l'intérieur des cils, appelés microtubules. Chacun d'eux se compose de deux voies, une pour les trains sortants et une pour les trains entrants. Les trains transportent des protéines telles que des molécules de signalisation et des matériaux de construction jusqu'à la pointe des cils. A leur gare de destination, le train est déchargé et démonté.

L'équipe a examiné en détail la composition des trains d'assemblage, révélant l'ordre dans lequel les composants du train sont assemblés à la base ciliaire. Ils ont également imagé des structures à la base qui servent de barrière sélective. "Cela régule l'entrée des grands trains jusqu'à ce qu'ils soient entièrement assemblés et chargés des protéines de cargaison nécessaires à la construction et à l'entretien des cils", explique van den Hoek. "Grâce à la microscopie à fluorescence, nous connaissons également l'horaire exact des trains. Les trains quittent la gare de départ en neuf secondes, puis tout le processus d'assemblage du train recommence."

Les organites en 3D

Les chercheurs ont résolu la structure et la composition de la base ciliaire à l'aide de deux méthodes d'imagerie complémentaires. Les groupes de recherche de Ben Engel à Bâle et du Dr Gaia Pigino à Milan ont effectué une tomographie cryo-électronique, qui révèle des structures cellulaires natives avec des détails moléculaires exquis.

Des chercheurs dirigés par le Dr Virginie Hamel et le professeur Paul Guichard à Genève ont ajouté des données de la microscopie d'expansion, ce qui a permis de localiser et de cartographier de nombreuses protéines sur les structures de tomographie. "Cette puissante combinaison de technologies nous a permis de reconstruire le premier modèle moléculaire de la base ciliaire et d'observer comment il régule l'assemblage et l'entrée de ces grands trains protéiques", explique Paul Guichard.

"Comprendre en détail le système de transport et sa logistique nous aide à comprendre comment les cils sont construits et fonctionnent, ce qui peut également fournir de nouvelles idées de thérapies pour les maladies des cils", explique Ben Engel. Dans une prochaine étape, lui et ses collaborateurs aimeraient examiner ce qui se passe à la pointe ciliaire :comment se structure cette station terminale et comment s'organise le transport de retour. + Explorer plus loin

Aperçu de la régulation moléculaire de la structure et de la composition du cil