La structure noueuse en 3D sur l'écran devant Rachel Green montrait une épave de voiture intracellulaire jamais vue auparavant par les scientifiques. Cela a également confirmé une hypothèse sur laquelle une équipe de son laboratoire travaillait depuis des mois.

Mais au début, Green n'était pas si impressionné. "C'est ça?" elle se souvient d'avoir pensé avec ironie.

C'était au début de 2021, et elle était en congé sabbatique, travaillant à l'Université Ludwig Maximilian de Munich avec son ami et collaborateur, Roland Beckmann. Green, une chercheuse de l'Institut médical Howard Hughes à l'Université Johns Hopkins, lui avait parlé d'un projet dans son laboratoire explorant un mystère biologique de longue date. Ils essayaient de combler une lacune importante dans les connaissances des scientifiques sur la façon dont les cellules bactériennes réagissent aux problèmes de synthèse des protéines. Parce que les cellules ont besoin de protéines pour presque tout ce qu'elles font, cette réponse est essentielle pour un fonctionnement normal.

L'équipe de Green avait une bonne idée de ce qui se passait, mais ils n'avaient pas les instantanés pour le prouver. Beckmann, un biologiste structural, était intrigué. À l'aide d'une technique appelée cryo-microscopie électronique, son équipe a révélé ce qui se passe sur les lieux, c'est-à-dire si vous saviez ce qu'il faut rechercher.

"Quand ils vous montrent une structure pour la première fois, vous ne pouvez pas vraiment dire ce que c'est parce que tout est gris", dit Green. "Roland a pointé du doigt une petite goutte et a dit :"Regarde, ça y est !""

Son équipe soupçonne que la "petite goutte" a agi comme un premier intervenant moléculaire qui se présente lors de l'accident. Les images de Beckmann ont confirmé l'identité de la molécule et présenté de nouvelles informations sur le fonctionnement de cette opération de sauvetage, une méthode de contrôle de la qualité des bactéries. Beckmann, Green et un groupe de scientifiques de son laboratoire dirigé par Allen Buskirk ont ​​d'abord décrit la recherche dans une préimpression sur bioRxiv.org et plus tard dans la revue Nature le 9 mars 2022. Les travaux pourraient fournir des indices sur la façon dont d'autres organismes plus complexes, peut-être même les humains, maintiennent la production de protéines sur la bonne voie.

Les machines moléculaires connues sous le nom de ribosomes suivent littéralement des instructions encodées dans un brin linéaire de matériel génétique. En voyageant le long du brin, ils construisent une protéine. Parfois, cependant, cette machine fonctionne mal.

Des recherches antérieures sur la levure, dont les cellules ressemblent à celles des animaux, avaient montré que les ribosomes calaient lorsqu'ils avaient des problèmes. Comme une voiture qui s'arrête trop brusquement, un ribosome bloqué peut être percuté par celui qui le suit. Le laboratoire de Green avait précédemment identifié une molécule de levure qui réagit à ces collisions. Comme une minuscule Jaws of Life, la molécule libère le ribosome bloqué. C'est la première étape d'un effort de sauvetage qui permet finalement à la cellule de récupérer et de réutiliser ces précieuses machines de fabrication de protéines.

Les ribosomes des cellules bactériennes peuvent également se coincer, mais les scientifiques doutaient que les bactéries réagissent aux collisions de la même manière que les levures. C'est parce que les chercheurs savaient déjà que les bactéries avaient leur propre méthode distincte pour sauver les ribosomes détruits, explique Jamie Cate, biochimiste et biologiste structural à l'Université de Californie à Berkeley, qui n'a pas participé au projet.

Personne ne savait exactement ce qui avait déclenché l'effort de sauvetage bactérien, mais ils s'attendaient à ce que ce soit quelque chose de complètement différent de la levure, dit Cate. Au lieu de cela, la nouvelle recherche suggère que les bactéries et les levures initient ce processus de la même manière, en invoquant des premiers intervenants en forme de lame.

"Ce qui est cool, c'est que les deux molécules reconnaissent les ribosomes qui se sont heurtés l'un à l'autre", déclare Cate.

Dans le laboratoire de Green à Baltimore, Buskirk et le premier auteur Kazuki Saito ont identifié le premier intervenant dans les bactéries comme une molécule appelée SmrB et ont exploré comment il effectuait son travail. La structure de Beckmann "était la dernière pièce du puzzle", explique Buskirk.

Le groupe de Beckmann a capturé les toutes premières images d'une collision entre deux ribosomes bactériens, puis les a codés par couleur afin que leurs composants ne soient pas perdus dans une mer de gris. Après avoir ajouté SmrB à l'échantillon contenant les ribosomes, l'équipe a vu la molécule apparaître au centre du crash.

Des expériences biochimiques ont révélé que SmrB, comme son homologue de levure, coupe les ribosomes détruits. Et non seulement les deux molécules partagent une description de poste, mais le SmrB bactérien et son homologue de levure sont également des parents proches, a découvert l'équipe. Les chercheurs n'ont pas encore été en mesure de visualiser comment la version levure interagit avec les ribosomes lors d'une collision. Ainsi, le SmrB similaire mais plus simple peut donner aux scientifiques un point de départ pour comprendre comment le processus fonctionne dans d'autres organismes.

"Tout le reste de ces voies de sauvetage est très différent", déclare Green. "Nous n'avions pas prévu que nous trouverions un aspect qui semble être universel."