Des scientifiques de l'Université du Texas à Dallas ont découvert un processus de « ménage » jusqu'alors inconnu dans les cellules rénales qui éjecte le contenu indésirable, ce qui donne aux cellules qui se rajeunissent et restent fonctionnelles et en bonne santé.
Le processus d’auto-renouvellement, qui est fondamentalement différent de la façon dont les autres tissus corporels se régénèrent, aide à expliquer comment, sauf blessure ou maladie, les reins peuvent rester en bonne santé toute une vie. Les chercheurs ont décrit le mécanisme dans une étude publiée le 17 avril dans Nature Nanotechnology. .
Contrairement au foie et à la peau, où les cellules se divisent pour créer de nouvelles cellules filles et régénérer l’organe, les cellules des tubules proximaux du rein sont au repos mitotique :elles ne se divisent pas pour créer de nouvelles cellules. En cas de blessure ou de maladie légère, les cellules rénales ont des capacités de réparation limitées et les cellules souches du rein peuvent former de nouvelles cellules rénales, mais seulement jusqu'à un certain point, a déclaré le Dr Jie Zheng, professeur de chimie et de biochimie à l'École de Sciences naturelles et mathématiques et auteur co-correspondant de l'étude.
"Dans la plupart des scénarios, si les cellules rénales sont gravement blessées, elles mourront et ne pourront pas se régénérer", a déclaré Zheng, titulaire d'une chaire distinguée en sciences naturelles et mathématiques. "Tôt ou tard, votre rein tombera en panne. C'est un grand défi dans la gestion de la santé des maladies rénales. Tout ce que nous pouvons faire actuellement, c'est ralentir la progression vers l'insuffisance rénale. Nous ne pouvons pas facilement réparer l'organe s'il est gravement blessé ou s'il est atteint d'une maladie chronique.
"C'est pourquoi la découverte de ce mécanisme d'auto-renouvellement est probablement l'une des découvertes les plus importantes que nous ayons faites jusqu'à présent. Avec d'excellentes installations de base et un personnel dévoué, l'UTD est un endroit idéal pour mener des recherches de pointe."
Des recherches plus approfondies pourraient conduire à des améliorations en nanomédecine et à la détection précoce des maladies rénales, a-t-il déclaré.
Les chercheurs ont déclaré que leur découverte les avait surpris.
Depuis 15 ans, Zheng étudie l'utilisation biomédicale des nanoparticules d'or comme agents d'imagerie, pour une compréhension fondamentale de la filtration glomérulaire, pour la détection précoce des maladies du foie et pour l'administration ciblée de médicaments anticancéreux. Une partie de ce travail s'est concentrée sur la compréhension de la manière dont les nanoparticules d'or sont filtrées par les reins et éliminées du corps par l'urine.
La recherche a montré que les nanoparticules d’or traversent généralement indemnes une structure du rein appelée glomérule, puis se déplacent dans les tubules proximaux, qui représentent plus de 50 % du rein. Il a été démontré que les cellules épithéliales tubulaires proximales internalisent les nanoparticules, qui finissent par s'échapper de ces cellules pour être excrétées dans l'urine. Mais on ne sait pas exactement comment ils s'échappent des cellules.
En décembre 2021, Zheng et son équipe de chimie, chercheur scientifique et auteur principal de l'étude, Yingyu Huang Ph.D. '20 et l'auteur co-correspondant, le Dr Mengxiao Yu, professeur agrégé de recherche, examinaient des nanoparticules d'or dans des échantillons de tissus tubulaires proximaux à l'aide d'un microscope optique, mais ils sont passés à l'un des microscopes électroniques (EM) de l'université pour une meilleure résolution.
"En utilisant l'EM, nous avons vu des nanoparticules d'or encapsulées dans des lysosomes à l'intérieur de grandes vésicules dans la lumière, qui est l'espace à l'extérieur des cellules épithéliales", a déclaré Yu.
Les vésicules sont de petits sacs remplis de liquide que l'on trouve à l'intérieur et à l'extérieur des cellules et qui transportent diverses substances.
"Mais nous avons également observé la formation de ces vésicules contenant à la fois des nanoparticules et des organites à l'extérieur des cellules, et ce n'était pas quelque chose que nous avions vu auparavant", a déclaré Yu.
Les chercheurs ont découvert des cellules tubulaires proximales qui s'étaient formées dans leurs membranes luminales, faisant face à des renflements orientés vers l'extérieur, contenant non seulement des nanoparticules d'or, mais également des lysosomes, des mitochondries, un réticulum endoplasmique et d'autres organites généralement confinés à l'intérieur d'une cellule. Le contenu extrudé était ensuite pincé dans une vésicule qui flottait dans l'espace extracellulaire.
"A ce moment-là, nous savions qu'il s'agissait d'un phénomène inhabituel", a déclaré Yu. "Il s'agit d'une nouvelle méthode permettant aux cellules d'éliminer le contenu cellulaire."
Le mécanisme d'auto-renouvellement médié par l'extrusion est fondamentalement différent des autres processus de régénération connus, tels que la division cellulaire, et des tâches ménagères telles que l'exocytose. Lors de l'exocytose, des substances étrangères telles que des nanoparticules sont encapsulées dans une vésicule à l'intérieur de la cellule. Ensuite, la membrane de la vésicule fusionne avec l'intérieur de la membrane cellulaire, qui s'ouvre pour libérer le contenu vers l'extérieur.
"Ce que nous avons découvert est totalement différent de la compréhension précédente de la façon dont les cellules éliminent les particules. Il n'y a pas de fusion membranaire dans le processus d'extrusion, ce qui élimine l'ancien contenu des cellules normales et permet aux cellules de se mettre à jour avec du nouveau contenu", a déclaré Huang. "Cela se produit, que des nanoparticules étrangères soient présentes ou non. Il s'agit d'un processus intrinsèque et proactif que ces cellules utilisent pour survivre plus longtemps et fonctionner correctement."
Zheng a déclaré que leurs découvertes ouvrent de nouveaux domaines d'étude. Par exemple, les cellules épithéliales, comme celles des tubules proximaux, se trouvent dans d'autres tissus, tels que les parois des artères et dans l'intestin et le tube digestif.
"Dans le domaine de la nanomédecine, nous voulons minimiser autant que possible l'accumulation de nanoparticules dans l'organisme. Nous ne voulons pas qu'elles restent coincées dans les reins, il est donc très important de comprendre comment les nanoparticules sont éliminées des tubules proximaux", " dit Zheng. "En outre, si nous pouvions apprendre à réguler ou surveiller ce processus d'auto-renouvellement, nous pourrions trouver un moyen de maintenir les reins en bonne santé chez les patients souffrant d'hypertension artérielle ou de diabète.
"Si nous pouvions développer des moyens de détecter la signature de ce processus de manière non invasive, cela pourrait peut-être être un indicateur d'une maladie rénale précoce."
Plus d'informations : Yingyu Huang et al, Les tubules proximaux éliminent les nanoparticules d'or endocytosées grâce à un mécanisme d'auto-renouvellement médié par l'extrusion d'organelles, Nature Nanotechnology (2023). DOI :10.1038/s41565-023-01366-7
Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle
Fourni par l'Université du Texas à Dallas
