Une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'hôpital pour les enfants malades (SickKids), le princesse Margaret Cancer Center, l'Université de Dalhousie, l'Université d'Exeter (Royaume-Uni) et l'Université médicale de Vienne (Autriche) ont révélé une façon surprenante des compartiments dans les cellules qui travaillent ensemble pour se défendre contre le stress oxydatif, une constatation qui pourrait changer comment nous comprenons des conditions d'âge telles que Diabetes et NeurodeGenerative.
Publié aujourd'hui dans Sciencel'étude révèle un mécanisme nouvellement identifié entre deux compartiments clés de la cellule (mitochondries et peroxysomes) qui aide à gérer le stress et les dommages internes, mettant en évidence un contributeur négligé au maintien de la santé cellulaire.
Un mécanisme de protection nouvellement découvert
Les mitochondries sont souvent décrites comme les puissances de la cellule car elles génèrent l'énergie nécessaire pour que les cellules fonctionnent. Cette production d'énergie crée également des espèces réactives de l'oxygène (ROS) comme sous-produits. Ces molécules peuvent endommager toutes les parties de la cellule, en particulier les mitochondries, et contribuer à une condition appelée stress oxydatif, un déséquilibre lié à des maladies telles que le diabète, la neurodégénérescence et les conditions cardiovasculaires.
L'équipe de recherche internationale, dirigée par le Dr Peter Kim à Sickkids, a découvert un nouveau mécanisme par lequel les mitochondries se protègent des effets nocifs des ROS. L'étude a révélé que les ROS générés par les mitochondries peuvent se déplacer vers un autre compartiment de la cellule appelée peroxysomes à travers un point de contact nouvellement identifié entre les deux organites.
Grâce à ce mécanisme, les peroxysomes peuvent épargner les mitochondries du stress oxydatif en agissant comme des puits spécialisés pour les ROS produits dans les mitochondries. Cela remet en question l'idée de longue date que la défense cellulaire est confinée dans les compartiments individuels et est le premier à montrer le mouvement des ROS entre les organites en tant que mécanisme de défense.
« Le dogme conventionnel a toujours été que les ROS sont traités indépendamment par des organites, mais ce travail remet en question cette hypothèse en montrant un mécanisme par lequel les peroxysomes atténuent directement les ROS mitochondriaux », explique le Dr Laura DiGiovanni, auteur principal et ancien étudiant diplômé de Kim's Lab. « Cette découverte démontre que la dynamique inter-organisation contribue activement à la défense antioxydante, introduisant une nouvelle perspective sur la façon dont les cellules gèrent le stress oxydatif. »
Un changement dans la compréhension de la défense cellulaire et de la coopération des organiles
L'équipe a identifié que le site de contact est formé par deux protéines: Ptpip51 sur les mitochondries et Acbd5 sur les peroxysomes. Ces protéines créent un pont qui permet à ROS de se déplacer directement entre les organites, épargnant les mitochondries tout en évitant d'endommager d'autres parties de la cellule. Les deux Ptpip51 et Acbd5 sont des protéines pertinentes par la maladie et ont déjà été liées à la neurodégénérescence.
Bien que les ROS jouent un rôle important dans le corps, trop peut endommager les cellules saines, et trop peu peut empêcher le corps d'éliminer ceux nocifs, comme les cellules cancéreuses. En identifiant le pont qui permet à ROS de se déplacer entre les mitochondries et les peroxysomes, l'équipe a découvert un mécanisme spatialement spécifique qui aide à maintenir cet équilibre délicat.
La découverte présente non seulement une nouvelle cible potentielle pour les thérapies, mais conteste également l'hypothèse derrière les thérapies antioxydantes à large spectre. Le ciblage de l'emplacement cellulaire précis où les ROS sont régulés, tels que les peroxysomes, peuvent être essentiels pour développer des traitements plus efficaces.
Nous savons que la dérégulation des ROS mitochondriales est liée à de nombreuses maladies, donc l'identification de ces protéines qui rassemblent les deux organites nous donne un nouveau point d'entrée pour explorer comment nous pourrions restaurer ou renforcer ce mécanisme de protection dans les cellules. «
Dr Peter Kim, scientifique principal du programme de biologie des cellules et systèmes à SickKids et professeur au Département de biochimie, Université de Toronto
Un effort international multidisciplinaire
Cette découverte a été rendue possible par une équipe mondiale et multidisciplinaire d'experts en biologie cellulaire, biochimie lipidique, protéomique et imagerie. Le projet a réuni des collaborateurs de SickKids, du Princess Margaret Cancer Center, de l'Université Dalhousie et des partenaires internationaux de l'Université d'Exeter et de l'Université médicale de Vienne.
« Nous nous éloignons de l'idée que les organites opèrent de manière isolée et vers une vision plus intégrée de la façon dont ils communiquent et se coordonnent pour protéger la cellule », a déclaré le co-auteur, le Dr Michael Schrader, professeur à l'Université d'Exeter et expert en biologie des organiques / peroxysomes. « Il s'agit d'un exemple fantastique de la façon dont notre découverte indépendante de ACBD5 et PTPIP51 en tant que protéines de pontage est devenue un partenariat international multidisciplinaire, et nous pensons qu'il a la possibilité de changer la compréhension mondiale de l'impact de l'interaction et de la coopération des organiles sur la santé et les maladies humaines. »
« Cette étude est un puissant exemple de la façon dont la collaboration entre les disciplines peut découvrir entièrement de nouvelles couches de biologie », a déclaré le co-auteur, le Dr Brian Raught, scientifique principal du Princess Margaret Cancer Center, dont l'expertise dans l'utilisation des bioïdes pour identifier les interactions protéiques a résolu les défis techniques pour trouver le site de contact entre les mitochondries et les péroxomes.
Cette recherche est financée par les Institutes canadiennes de recherche sur la santé (CIRS), le Conseil de recherche sur les sciences naturelles et l'ingénierie du Canada (CRSN), le Fonds des sciences autrichien, le Biotechnology and Biological Sciences Research Council (UK), John Evans Leadership Fund Grant de la Fondation de la SIALDKIDS pour l'innovation.
