Il est récemment devenu évident à quel point les organites sans membrane sont importants pour les cellules. Aujourd'hui, les biochimistes de l'ETH Zurich ont découvert un nouveau mécanisme qui régule la formation de ces organites. Cela a jeté les bases d'une recherche plus ciblée sur des maladies telles que la maladie d'Alzheimer ou la SLA.

Pendant longtemps, le contenu des cellules était considéré comme assez déstructuré et chaotique :un mélange de protéines, ADN et une multitude de petites molécules métaboliques. Bien que d'importants processus cellulaires chez les plantes et les animaux aient lieu dans les organites (structures plus grandes entourées d'une membrane, comme le noyau ou les mitochondries), ce n'est qu'au cours des dernières années que les scientifiques ont découvert qu'il existe un autre type de structure jouant un rôle critique dans l'organisation des processus cellulaires :les organites sans membrane. Ces minuscules gouttelettes sont formées dans un processus auto-organisé qui ressemble à la séparation de gouttelettes d'huile dans l'eau.

De nos jours, il existe de nombreuses preuves suggérant que ces compartiments sont d'une importance considérable pour la médecine :ils peuvent être impliqués dans le développement d'une quarantaine de maladies neurodégénératives, dont la maladie d'Alzheimer, La maladie de Huntington et la sclérose latérale amyotrophique (SLA) – qui sont toutes actuellement incurables.

« Les chercheurs découvrent un nombre croissant de processus biologiques qui se déroulent dans ces organites, séparé du reste du contenu de la cellule, " dit Karsten Weis, Professeur de biochimie à l'ETH Zurich. Maintenant, avec son équipe, il a étudié le principe qui sous-tend la formation d'organites sans membrane et comment ce processus est régulé.

Des protéines qui collent ensemble

Pour ça, les biochimistes de l'ETH ont analysé une famille spécifique de protéines appelées ATPases DEAD-box. Dans tous les types d'organismes—bactéries, les plantes et les animaux - ces protéines agissent comme une sorte de commutateur moléculaire :une fois qu'elles se sont liées à la molécule de stockage d'énergie, l'adénosine triphosphate (ATP), ils se lient également à l'ARN et le transportent, la matrice copiée à partir de l'ADN pour la production de protéines.

Dans chaque organisme, certaines de ces ATPases à boîte MORTE contiennent des "bras" flexibles constitués d'un petit sous-ensemble seulement du total de 20 acides aminés. "Cette caractéristique frappante indique une fonction spéciale, " dit Weis. Pour commencer, lui et son équipe ont étudié les ATPases de la levure. Ils ont modifié les bras flexibles à l'aide de méthodes de génie génétique, puis ont analysé les protéines à la fois dans le tube à essai et dans les cellules de levure vivantes. En faisant cela, ils ont réalisé que ce sont précisément ces bras flexibles qui sont responsables de la formation et de la régulation des organites sans membrane.

« Les zones souples sont facilement solubles dans le milieu aqueux à l'intérieur d'une cellule, " explique Weis. " Cependant, une fois qu'un grand nombre de molécules d'ATPase se réunissent, ces parties flexibles amènent les protéines à se lier les unes aux autres. » Les ATPases se condensent en grands amas, conduisant à une séparation de phases similaire à celle de l'huile dans l'eau - et des organites cellulaires sans membrane se forment. D'autres expériences avec des ATPases DEAD-box provenant de cellules humaines et bactériennes ont indiqué aux chercheurs que ce processus fonctionne de manière très similaire dans tous les types d'organismes.

Les organelles créent l'ordre

De plus, les ATPases assurent non seulement la formation auto-organisée d'organites, mais aussi utiliser la liaison ATP-dépendante de l'ARN pour réguler le transport des molécules d'ARN et des protéines dans ces structures, où les molécules d'ARN sont collectées. Weis et ses collègues pensent qu'il est possible qu'ils soient traités ou décomposés au sein des structures, ou simplement stockés là pendant un certain temps.

Dans les cellules vivantes, les chercheurs de l'ETH ont même observé comment l'ARN est transporté à travers plusieurs organites sans membrane différents. "Cela suggère que le traitement ultérieur des molécules d'ARN a lieu étape par étape dans différents organites, " dit Weis. Un organite est responsable d'une première étape du processus, l'autre organite pour le suivant, et ainsi de suite, comme travailler sur une chaîne de production.

Des recherches plus ciblées à l'avenir

Cependant, les organites sans membrane sont sensibles à l'échec. Heures supplémentaires, ils peuvent se transformer en défunts, agrégats collants - en touffes qui ne sont plus fluides. "C'est ce genre d'agrégats permanents dans les cellules qui causent les maladies neurodégénératives, " dit Weis. Les résultats de son groupe de recherche suggèrent maintenant que les ATPases à boîte MORTE aident à maintenir les organites dans un état fluide, empêchant ainsi la formation d'agrégats dangereux.

Maintenant que les biochimistes ont compris comment ces organites sans membrane sont régulés, ils sont capables d'étudier le phénomène de manière plus ciblée. Par exemple, en activant et en désactivant l'activité des ATPases et ils peuvent observer comment cela affecte les organites et les cellules. De cette façon, les chercheurs de l'ETH veulent enfin découvrir quel rôle les compartiments sans membrane jouent dans le développement de la maladie.