Tout comme les villes doivent gérer soigneusement le flux de voitures dans et hors du centre-ville, les cellules régulent le mouvement des molécules dans et hors du noyau. Cette métropole microscopique repose sur une passerelle complexe – facilitée par des complexes de pores nucléaires (PNJ) dans l'enveloppe nucléaire – pour contrôler son trafic moléculaire. De nouvelles recherches du Texas A&M University Health Science Center (Texas A&M Health) mettent en lumière le fonctionnement de ce système avec une sélectivité et un contrôle exquis, des découvertes qui pourraient conduire à de nouvelles informations sur des conditions telles que les maladies neurodégénératives et les cancers.
Siegfried Musser, PhD, et son équipe du Département de biologie cellulaire et de génétique au Texas A&M College of Medicine ont étudié comment les molécules se déplacent dans les pores de la double membrane enveloppant le noyau rapidement et efficacement sans entrer en collision ou se congestionner. Ce mois-ci, l'équipe de Musser a publié une étude dans Nature révélant de nouvelles perspectives sur le transport moléculaire. En utilisant une technique d'imagerie avancée appelée Minflux, ils ont suivi les mouvements moléculaires en millisecondes et en 3D à une échelle sans précédent: environ 100 000 fois plus petite que la largeur des cheveux humains. Leurs résultats montrent que l'importation, le processus de molécules entrant dans le noyau et l'exportation, le processus de sortie des molécules se produisent dans les autoroutes qui se chevauchent dans le complexe de pores nucléaires. Cela remet en question une hypothèse antérieure selon laquelle ces processus peuvent avoir lieu dans des voies distinctes.
Un système de trafic surprenant
Lorsque nous avons commencé, nous avons considéré deux possibilités. Un, cette importation et cette exportation ont utilisé des voies distinctes, éliminant le risque de embouteillages; Et deux, ce transport se produit à travers le même canal, mais les collisions ont été évitées lorsque des molécules manoeuvrées l'une de l'autre. «
Siegfried Musser, PhD, Département de biologie cellulaire et de génétique, Texas A&M College of Medicine
Leurs résultats récents ont souligné le deuxième scénario. Les molécules se déplacent à travers des conduits étroits dans les deux directions, tissant les uns autour des autres plutôt que de suivre une autoroute divisée. De plus, ils n'utilisent qu'une petite coupe transversale du diamètre des pores, migrant près des parois du canal et absents du centre. Encore plus surprenant, le mouvement au sein du PNJ est environ 1 000 fois plus lent que dans une solution ouverte en se déplaçant à travers le sirop d'érable à un réseau de protéines désordonnées qui bloquent le pore.
« C'est le trafic de scénario à deux cas dans les conduits plus étroits », a déclaré Musser. « Ce que nous avons découvert était une combinaison inattendue de ces possibilités, donc nous ne connaissons pas la réponse complète, et c'est plus compliqué que nous ne le pensions initialement. »
Éviter Gridlock
Malgré le mouvement lent, le transport de PNJ ne semble pas être affecté par la surpeuplement, semblant éviter avec succès la congestion.
« Les PNJ peuvent être conçus pour être exprimés en nombre de sorte qu'ils n'ont pas besoin de fonctionner à capacité », a déclaré Musser. « Cela en soi pourrait limiter les effets délétères de la compétition et du colmatage. »
Plutôt que de passer directement au milieu du NPC, les molécules se déplacent apparemment à travers l'un des huit canaux de transport distincts, chacun confiné à un seul entretien dans l'anneau périphérique, suggérant un mécanisme structurel qui facilite la régulation du trafic.
« Les pores nucléaires de levure sont connus depuis longtemps d'avoir un » bouchon central « , mais la nature de ce matériel reste inconnue », a déclaré Musser. « Chez l'homme, une telle« prise centrale »n'a pas été observée, mais la compartimentation fonctionnelle est une possibilité très réelle, et le centre de pores pourrait être le principal chemin de l'exportation de l'ARNm. »
Implications pour les maladies et les recherches futures
Le PNJ joue un rôle crucial dans la fonction cellulaire, et son dysfonctionnement a été lié à de nombreuses maladies, notamment des maladies cérébrales progressives telles que la sclérose latérale amyotrophique (ALS, également connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig), la maladie d'Alzheimer et la maladie de Huntington. De plus, une augmentation des taux de trafic de PNJ est connue pour être importante pour la croissance cancéreuse. Bien que le ciblage des régions NPC spécifiques puisse présenter une stratégie thérapeutique potentielle pour déboucher les pores « bloqués » ou abattre les taux de trafic, Musser met en garde que le transport du PNJ est une fonction cellulaire fondamentale et l'interférer avec divers aspects de la fonction pourrait provoquer des effets secondaires significatifs.
« Il est important de faire la distinction entre les effets qui se produisent au niveau des pores (transport) des effets qui se produisent loin des pores (assemblage et démontage du complexe de transport) », a-t-il déclaré. « Je soupçonne que la plupart des liens de transport nucléaire avec les maladies entrent dans cette dernière catégorie, mais cela n'implique pas que tout le fait, et certains ne le font certainement pas. » Par exemple, les mutations du gène C9ORF72, qui est associée à la SLA et à la démence frontotemporale, peut entraîner des agrégats qui bloquent les PNJ.
À l'avenir, Musser et son principal collaborateur, Abhishek Sau, PhD, chercheur adjoint et responsable des installations du Texas A&M Joint Microscopy Lab (JML), continueront de travailler avec leur équipe en Allemagne (EMBL Imaging Center et Abberior Instruments) pour des parcours de transport distincts ou partageant des parcours de transport distincts ou partageant une voie commun. L'horizon est également la possibilité d'adapter Minflux pour l'imagerie en temps réel dans les cellules vivantes, ce qui pourrait fournir une image encore plus claire de la dynamique du transport nucléaire.
Cette étude, financée par les National Institutes of Health, offre une nouvelle perspective sur la façon dont les cellules gèrent efficacement le trafic moléculaire, fournissant des informations cruciales sur la fonction et la maladie cellulaires. Le noyau peut être une métropole microscopique, mais grâce au NPC, son système de contrôle du trafic reste remarquablement efficace.
