Dans une découverte fondamentale pour le fonctionnement interne des cellules, les scientifiques ont découvert que si le stress oxydatif endommage les usines de protéines appelées ribosomes, des équipes de réparation peuvent intervenir pour aider à réparer les dommages afin que le travail puisse reprendre rapidement.
La découverte, rapportée vendredi dans le journal Cellule moléculairepourrait avoir des implications pour le cancer, le processus de vieillissement, la croissance et le développement, a déclaré l’auteur principal de l’étude, la biologiste moléculaire Katrin Karbstein, Ph.D., professeur à l’Institut Herbert Wertheim UF Scripps pour l’innovation et la technologie biomédicales.
Littéralement plus de la moitié de la masse de toutes les cellules sont des ribosomes. Si vous n’avez pas assez de ribosomes, ou s’ils fonctionnent mal, les protéines ne sont pas fabriquées correctement, et cela peut entraîner toutes ces maladies. Nous savons que des défauts dans la machinerie des ribosomes se retrouvent dans toutes les cellules cancéreuses, par exemple. »
Katrin Karbstein, Ph.D., professeur, Institut Herbert Wertheim UF Scripps pour l’innovation et la technologie biomédicales
Chez l’homme, une cellule individuelle peut avoir 10 millions de ribosomes tourbillonnant, assemblant les protéines énoncées dans les gènes, un acide aminé à la fois. Alors que beaucoup de choses peuvent les endommager -; infections, lumière ultraviolette, rayonnement ou stress oxydatif – ; les cellules ont une capacité remarquable à se protéger. Souvent, les articles endommagés sont étiquetés pour être détruits, découpés et recyclés. Cependant, comme les ribosomes sont si importants à avoir en grand nombre, la destruction de chaque ribosome endommagé est problématique.
Dans leur étude, Karbstein et ses collègues ont trouvé une voie alternative, spécifique aux dommages causés par le stress oxydatif. Le stress oxydatif se produit dans les cellules lorsque les molécules d’oxygène hautement réactives produites par le processus du métabolisme énergétique doivent trouver des endroits stables pour atterrir. Souvent, ces endroits stables résident dans les protéines. L’introduction de l’excès d’oxygène peut modifier et endommager la molécule réceptrice. Dans le cas des ribosomes, cela peut totalement arrêter le travail de construction des protéines.
Les scientifiques ont découvert que les ribosomes corrigent ces dommages indésirables avec des molécules auxiliaires, qui agissent comme des chaperons, escortant le segment endommagé loin de la cellule. Les dégâts sont rapidement réparés et le ribosome revient en action. La cellule évite ainsi le processus plus intensif de devoir décomposer et recréer des ribosomes entièrement nouveaux, et le risque d’avoir une perte soudaine de son pool de ribosomes.
« Généralement, lorsque les protéines sont cassées, la cellule les dégrade simplement. Le ribosome est un très grand complexe d’ARN et de protéines, alors peut-être que si une section est cassée, vous ne voulez pas tout jeter », a déclaré Karbstein. « C’est comme changer un pneu crevé, plutôt que d’acheter une nouvelle voiture. »
La biochimie conduit le processus. Les molécules d’acides aminés de cystéine dans le ribosome sont des récepteurs fréquents de ces molécules d’oxygène radicalaire. Les dommages oxydatifs les modifient suffisamment pour que si les molécules chaperonnes sont à proximité, elles préfèrent se détacher du ribosome et se lier à la place au chaperon. Lorsqu’ils sortent du ribosome, les acides aminés non endommagés se déplacent à leur juste place, réparant la brèche et rétablissant la production de protéines.
Les études biochimiques ont été rendues possibles grâce aux découvertes du laboratoire de la chimiste Kate Carroll, Ph.D., également au Wertheim UF Scripps Institute. Le laboratoire de Carroll a développé des réactifs et des procédés spéciaux pour surveiller les dommages oxydatifs aux acides aminés de cystine.
Le premier auteur de l’article était le chercheur postdoctoral du laboratoire Karbstein Yoon-Mo (Jason) Yang, Ph.D. Alors que la découverte a été faite dans la levure, a déclaré Yang, ce système de réparation ribosomique semble être conservé par de nombreuses espèces, y compris les humains. Des études sur des neurones humains ont suggéré un phénomène similaire, par exemple.
« Tous les organismes vivants sont soumis à un stress oxydatif, donc des dommages aux protéines se produisent dans tous les êtres vivants », a déclaré Yang. « Nous soupçonnons que les mécanismes de réparation des ribosomes se produisent dans tous les êtres vivants, y compris les humains. »
À l’avenir, les scientifiques ont de nombreuses questions à se poser : ils ont trouvé deux chaperons ; y’en a plus ? De nombreux antibiotiques désactivent les ribosomes, alors les mécanismes de réparation des bactéries les aident-ils à échapper aux antibiotiques ? Les cellules de levure dépourvues de chaperons se développent mal et semblent moins en forme, cela pourrait-il donc avoir un impact sur le vieillissement, la croissance et le développement ? Ce ne sont là que quelques-unes des questions soulevées par la découverte, a déclaré Karbstein.
« Je réfléchis à la façon dont nous pouvons traduire cela dans le paradigme du vieillissement », a déclaré Karbstein. « C’est exactement comme remplir un puzzle. Vous avez cette pièce, puis une autre, et puis vous dites : ‘Oh, c’est comme ça que toutes les pièces s’assemblent.’ Donc, il y a beaucoup plus de pièces à trouver. ».
