Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont découvert comment la spermine, une petite molécule qui régule de nombreux processus dans les cellules du corps, peut protéger contre des maladies telles que la maladie d'Alzheimer et de Parkinson: elle rend certaines protéines inoffensives en agissant un peu comme du fromage sur des nouilles, en les agglutinant. Cette découverte pourrait aider à lutter contre de telles maladies. L'étude a maintenant été publiée dans la revue Communications naturelles.
Notre espérance de vie ne cesse d'augmenter et, parallèlement, les maladies liées à l'âge, notamment les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, deviennent de plus en plus courantes. Ces maladies sont causées par une accumulation dans le cerveau de structures protéiques nocives constituées de protéines amyloïdes mal repliées. Leur forme rappelle celle des fibres ou des spaghettis. À ce jour, il n’existe aucun traitement efficace pour prévenir ou éliminer de telles accumulations.
Pourtant, une molécule naturellement présente dans le corps, appelée spermine, offre de l’espoir. Dans le cadre d'expériences, des chercheurs dirigés par Jinghui Luo, directeur de l'étude, du Centre des sciences de la vie de l'Institut Paul Scherrer PSI, ont découvert que cette substance est capable de prolonger la durée de vie des petits vers nématodes, d'améliorer leur mobilité à un âge avancé et de renforcer les centrales électriques de leurs cellules – les mitochondries. Plus précisément, les chercheurs ont observé comment la spermine aide le système immunitaire du corps à éliminer les accumulations de protéines amyloïdes qui endommagent les nerfs.
Les nouvelles découvertes pourraient servir de base au développement de nouveaux traitements pour ces maladies.
Un médiateur central des processus cellulaires
La spermine est une substance vitale pour l’organisme. Il appartient aux polyamines, qui sont des molécules organiques relativement petites. La spermine, découverte pour la première fois il y a plus de 150 ans, doit son nom au liquide séminal, car on y trouve des concentrations particulièrement élevées. Mais cela se produit également dans de nombreuses autres cellules du corps, notamment celles qui sont actives et capables de se diviser.
La spermine favorise la mobilité et l’activité cellulaire et contrôle de nombreux processus. Surtout, il interagit avec les acides nucléiques du génome, régulant l’expression des gènes et leur conversion en protéines. Cela garantit que les cellules peuvent se développer et se diviser correctement et finalement mourir. La spermine joue également un rôle central dans un processus cellulaire important appelé condensation biomoléculaire : dans ce processus, certaines macromolécules, telles que les protéines et les acides nucléiques, se séparent et s'accumulent dans la cellule sous forme de gouttelettes, afin que des réactions importantes puissent s'y produire.
En ce qui concerne les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Parkinson, il a déjà été démontré que la spermine pouvait protéger les cellules nerveuses et atténuer la perte de mémoire liée à l'âge. Cependant, jusqu'à présent, il manquait une compréhension plus précise de la manière dont la spermine intervient dans les processus d'endommagement des nerfs – une compréhension qui pourrait permettre d'en tirer des bénéfices médicaux.
Aide à l'élimination des déchets cellulaires
Le groupe de Jinghui Luo a maintenant enquêté sur cette question plus en détail. Outre la microscopie optique, les chercheurs ont également utilisé la technique de diffusion SAXS à la Source de lumière suisse SLS du PSI pour éclairer la dynamique moléculaire de ces processus. Les investigations ont été menées à la fois dans un capillaire en verre (in vitro) et dans un organisme vivant (in vivo). Le nématode C. elegans a servi d'organisme modèle.
Il a été démontré que la spermine provoque le rassemblement et, dans un sens, l’agglutination des protéines nocives par condensation biomoléculaire. Cela facilite un processus appelé autophagie, qui se produit régulièrement dans nos cellules : les protéines endommagées ou inutiles sont enveloppées dans de petites vésicules membranaires et dégradées en toute sécurité avec des enzymes – un processus de recyclage naturel, en fait.
L'autophagie est plus efficace pour gérer des amas de protéines plus gros. Et la spermine est, pour ainsi dire, l’agent liant qui rassemble les brins. Il n’y a que des forces électriques faiblement attractives entre les molécules, et celles-ci les organisent mais ne les lient pas fermement entre elles. »
Jinghui Luo, responsable de l'étude
Le tout, dit Luo, peut aussi être imaginé comme une assiette de spaghetti. « La spermine est comme du fromage qui relie les nouilles longues et fines sans les coller ensemble, ce qui les rend plus faciles à digérer. »
Recherché : la bonne combinaison d'ingrédients
La spermine exerce également une influence sur d’autres maladies, dont le cancer par exemple. Ici aussi, des recherches sont nécessaires pour clarifier les mécanismes à l’œuvre – des approches thérapeutiques basées sur la spermine seraient alors envisageables. Outre la spermine, il existe de nombreuses autres polyamines qui remplissent des fonctions importantes dans l’organisme et sont donc médicalement intéressantes. La recherche dans ce domaine présente donc un grand potentiel. « Si nous comprenons mieux les processus sous-jacents », explique Luo, « nous pourrons cuisiner des plats plus savoureux et plus digestes, pour ainsi dire, car nous saurons alors exactement quelles épices, en quelles quantités, rendent la sauce particulièrement savoureuse. »
L'intelligence artificielle est également utilisée dans cette recherche, car elle peut calculer beaucoup plus rapidement des combinaisons prometteuses d' »ingrédients pour la sauce » sur la base de toutes les données disponibles. Luo note également que les techniques de mesure de diffusion résolues dans le temps et l'imagerie à haute résolution, qui peuvent représenter de tels processus en temps réel et jusqu'au niveau subcellulaire, sont également importantes pour cette étude et les études ultérieures. En dehors du PSI, de telles méthodes ne sont disponibles que dans quelques autres synchrotrons dans le monde.
