L’existence d’organites sans membrane est l’une des caractéristiques intrigantes et fondamentales de la biologie cellulaire. Les organites liquides, également appelés condensats biomoléculaires, sont des compartiments subcellulaires formés par la séparation de phases de macromolécules telles que les protéines et l'ARN. Ces compartiments remplissent diverses fonctions cellulaires, allant du trafic membranaire au traitement de l'ARN. Une question fondamentale en biologie cellulaire est de savoir comment ces organites liquides, dépourvus de membrane environnante, maintiennent leur intégrité et évitent de fusionner les uns avec les autres dans l’environnement surpeuplé de la cellule. Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer la coexistence d'organites liquides :

Séparation de phases : La séparation de phase liquide-liquide est provoquée par de faibles interactions entre des macromolécules spécifiques, telles que des protéines intrinsèquement désordonnées et des molécules d'ARN. Ce processus entraîne la formation de gouttelettes concentrées dans la cellule, distinctes du cytoplasme environnant.

Protéines d'échafaudage : Certaines protéines agissent comme des échafaudages ou des organisateurs qui facilitent l’assemblage et la stabilité des organites liquides. Ces protéines fournissent un cadre structurel qui maintient ensemble les composants de l’organite liquide et les empêche de se disperser. Les exemples incluent des protéines d'échafaudage telles que FUS et TDP-43 dans les granules de stress.

Effets de charge : Les molécules chargées, notamment l’ARN et certaines protéines, peuvent contribuer à la stabilité des organites liquides grâce à des interactions électrostatiques. Les molécules chargées de manière opposée attirent et forment des complexes qui favorisent la formation et le maintien de gouttelettes séparées par des phases.

Interfaces liquide-liquide : Les interfaces entre différents organites liquides peuvent agir comme des barrières empêchant leur fusion. Ces interfaces peuvent être stabilisées par divers facteurs, notamment des modifications de la tension superficielle, des interactions moléculaires spécifiques ou la présence de protéines associées à la membrane.

Modifications post-traductionnelles : La régulation dynamique des modifications protéiques, telles que la phosphorylation, l'acétylation et la méthylation, peut affecter le comportement de séparation de phases des protéines et influencer la formation et la stabilité des organites liquides. Les modifications post-traductionnelles peuvent altérer les interactions protéiques et leur tendance à subir une séparation de phases.

Compartimentation cellulaire : La compartimentation des cellules en régions distinctes, telles que le noyau, le cytoplasme et divers organites liés à la membrane, peut contribuer davantage à la coexistence d'organites liquides. Différents compartiments cellulaires fournissent des environnements uniques dotés de propriétés biochimiques spécifiques qui influencent la formation et la stabilité des organites liquides.

Ces mécanismes fonctionnent ensemble pour maintenir l’organisation spatiale et la fonctionnalité des organites liquides au sein des cellules. Les perturbations de ces mécanismes peuvent conduire à une fusion aberrante d’organites liquides, impliquée dans diverses maladies, notamment des troubles neurodégénératifs. Comprendre les mécanismes qui assurent la coexistence des organites liquides est crucial pour comprendre l’organisation et la fonction cellulaire, ainsi que pour développer des stratégies thérapeutiques potentielles ciblant ces structures en cas de maladie.