Le processus de tri moléculaire émerge de la combinaison de deux mécanismes spontanés, indique une étude

La cellule eucaryote est l’unité de base des animaux et des plantes. Au microscope, il semble très structuré et subdivisé en de nombreux compartiments liés à la membrane.

Chaque compartiment a une fonction spécifique et sa membrane est peuplée de molécules spécifiques. Comment la cellule conserve-t-elle cet ordre interne étonnant, et (en l’absence de pathologies) ne se dégrade-t-elle pas en un amas informe de molécules?

Une telle dégradation est contrée par un processus continu de tri des molécules par lequel des molécules similaires sont collectées et envoyées vers les «bonnes» destinations, de la même manière que ce qui se passe lorsqu’une maison est maintenue propre et rangée par les tâches quotidiennes.

Cependant, il est encore mystérieux de savoir comment une cellule vivante peut accomplir cette tâche sans qu’un superviseur ne la dirige.

Dans un récent Lettres d’examen physique article, une collaboration de chercheurs du Politecnico di Torino, de l’Università di Torino, de l’Institut italien de médecine génomique – IIGM, de l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – INFN et de l’Institut Landau de physique théorique (Moscou), émet l’hypothèse que ce processus de tri moléculaire émerge de la combinaison de deux mécanismes spontanés.

Le premier mécanisme est la propension de molécules similaires à s’agréger sur les membranes sous forme de « patchs », ou « gouttelettes », de la même manière que des gouttelettes d’eau se forment dans un nuage de vapeur refroidi.

Le deuxième mécanisme est la tendance de ces gouttelettes à plier la membrane, conduisant à la formation et au détachement supplémentaire de petites vésicules enrichies en composants moléculaires des gouttelettes d’origine.

Les différents compartiments membranaires de la cellule eucaryote agissent ainsi de manière similaire aux vaisseaux et tubes d’un distillateur naturel, ou alambic, qui trie et redirige en continu les composants moléculaires vers les destinations appropriées.

Dans les travaux publiés, ce processus de tri moléculaire est étudié avec des outils mathématiques et des simulations informatiques, montrant que la propension à l’agrégation est le principal paramètre de contrôle du processus.

Pour chaque groupe de molécules, il existe une valeur optimale de ce paramètre (ni trop grande ni trop petite), de sorte que le processus de tri se déroule avec la vitesse maximale possible.

En fait, une certaine propension à l’agrégation moléculaire est nécessaire pour conduire le processus, mais lorsque la propension à l’agrégation est trop grande, les molécules «gèlent» dans un grand nombre de petites «gouttelettes» qui se développent très lentement, et le processus de tri global ralentit .

Les observations expérimentales de ce processus de distillation dans des cellules isolées des vaisseaux sanguins des cordons ombilicaux humains confirment cette image théorique et suggèrent que l’évolution peut avoir conduit les cellules à travailler dans la région des paramètres optimaux, où le processus de tri atteint une efficacité maximale.

Ces résultats sont d’un intérêt particulier car la mauvaise régulation du tri moléculaire est une caractéristique des pathologies sévères, telles que le cancer. L’identification théorique des paramètres qui contrôlent le processus est une première étape importante vers une meilleure compréhension de l’origine de ces perturbations et le développement de thérapies.