Des chercheurs canadiens et américains ont découvert un nouveau mécanisme de fabrication des vésicules membranaires. Ces nanoparticules autonomes piègent les protéines, l’ARN et d’autres molécules de l’intérieur ou de l’extérieur des cellules vivantes en tant que nutriments ou régulent le nombre de récepteurs hormonaux de la surface cellulaire, tels que ceux de l’insuline, pour contrôler la sensibilité des cellules aux hormones. Ils délivrent également des hormones protéiques à la surface des cellules où elles sont libérées dans l’environnement pour agir sur les cellules à distance. Ces processus sont essentiels au fonctionnement normal de nos cellules et les dysfonctionnements sont impliqués dans plusieurs maladies, notamment les cancers, les maladies cardiaques et les troubles neuropsychiatriques. Enfin, c’est le mécanisme par lequel les nanoparticules encapsulant les vaccins à ARNm sont absorbées dans les cellules.
Dans leur étude publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences, les chercheurs ont découvert que l’endocytose, le processus par lequel les molécules sont transportées dans les cellules, commence par la formation d’un « condensat biomoléculaire ». Les condensats biomoléculaires sont un ordre récemment découvert de protéines et d’ARN en gouttelettes liquides, rappelant les gouttelettes d’huile dans l’eau. Dans les premiers stades de l’endocytose, des protéines spécifiques fusionnent au niveau des sites de nucléation sur la membrane de la cellule, une structure bicouche de molécules phospholipidiques, comme des molécules de détergent qui forment la structure en forme de bulle de savon des membranes cellulaires. En quelques secondes, un condensat se forme à la surface de la membrane, comme de la rosée à la surface du verre. À un moment critique, la membrane cellulaire se déforme et s’invagine dans le condensat, avant d’être finalement pincée pour former une vésicule sphérique. La façon dont la membrane se déforme est un mystère, mais les chercheurs ont pensé que le condensat endocytaire pourrait en être la clé.
Pour comprendre comment l’endocytose pouvait être initiée par un condensat biomoléculaire, le premier auteur Louis-Philippe Bergeron-Sandoval de l’Université de Montréal a estimé que le flambement membranaire doit avoir quelque chose à voir avec les propriétés matérielles du condensat.
Nous avons pensé qu’une combinaison de propriétés, y compris l’adhérence de sa surface, la viscosité et l’élasticité du condensat, doit générer une force sur la membrane, la faisant se déformer. »
Dr Louis-Philippe Bergeron-Sandoval, premier auteur
En collaboration avec ses collaborateurs Allen Ehrlich et Adam Hendricks de l’Université McGill, il a utilisé une méthode appelée microrhéologie à piège optique pour déterminer ces propriétés viscoélastiques du condensat endocytaire. Fort de ces connaissances, le Dr Bergeron-Sandoval a construit un modèle mathématique pour expliquer précisément comment le condensat endocytaire force la membrane à se plier dans le condensat pour former une vésicule naissante.
« Notre modèle peut être considéré par une analogie mécanique », a déclaré l’auteur principal de l’étude, le biochimiste de l’UdeM Stephen Michnick. « Imaginez une membrane en caoutchouc flexible collée à la surface d’un ballon en caoutchouc en expansion, rempli d’un liquide viscoélastique. Lorsque le ballon se dilate, son volume doit rester constant, de sorte que la membrane en caoutchouc est aspirée dans le ballon, déplaçant le volume gagné en tant que ballon Le co-auteur principal Rohit Pappu, bio-ingénieur à l’Université de Washington à St. Louis, a ajouté : « Avant nos premières présentations de notre modèle en 2017, ceux dans le domaine des condensats biomoléculaires se sont concentrés sur la façon dont ces corps concentraient les protéines et l’ARN pour remplir des fonctions spécifiques. Notre étude démontre qu’une propriété émergente des condensats biomoléculaires est d’agir comme des « dispositifs mécanoactifs », capables de travailler sur d’autres matériaux pour façonner et organiser les cellules vivantes. »
Beaucoup de travail reste à faire pour confirmer et étendre le rôle mécanoactif des condensats biomoléculaires dans d’autres processus de flexion des vésicules et des membranes qui façonnent la cellule et transportent les matériaux à l’intérieur et à l’extérieur. Les protéines qui composent le condensat endocytaire sont apparentées à d’autres qui sont impliquées dans les maladies neurodégénératives et les cancers. Des mutations de ces protéines modifient les propriétés matérielles des condensats qu’elles forment et on pense que ces changements peuvent être à l’origine de maladies. Des efforts sont maintenant en cours pour développer des médicaments qui empêchent ou inversent ces changements.
