Ils représentent près de 83 % de toutes les cellules du corps humain, mais les globules rouges sont souvent décrits comme de simples sacs d’hémoglobine transportant l’oxygène des poumons vers le cœur et au-delà. Mais une nouvelle recherche de l’Université du Colorado Anschutz révèle qu’ils sont beaucoup plus complexes et ont des conséquences considérables sur la santé, l’exercice et la condition physique.
Dans une étude publiée aujourd’hui dans Sangles scientifiques ont identifié 3 775 protéines dans des globules rouges humains matures ultra-purs – plus du triple des estimations d’il y a seulement 15 ans – et ont cartographié des milliers d’interactions physiques entre elles, révélant un réseau étonnamment dynamique qui s’adapte rapidement lorsque les niveaux d’oxygène chutent.
Les résultats offrent de nouvelles informations sur la façon dont le corps réagit à un manque d’oxygène lors d’une exposition à haute altitude et d’un exercice intense, ainsi que lors d’une hypoxie pathologique, y compris la grave perte d’apport d’oxygène qui peut survenir après un traumatisme et un choc hémorragique.
Les globules rouges sont bien plus sophistiqués qu’on ne le pensait auparavant. Ils n’ont pas de noyau et ne peuvent pas activer ou désactiver les gènes pour fabriquer de nouvelles protéines. Pourtant, toutes les quelques secondes, ils se déplacent entre des environnements riches en oxygène et des environnements pauvres en oxygène et doivent s’adapter presque instantanément. Notre étude montre qu’ils y parviennent, en partie, en réorganisant continuellement les protéines dont ils disposent déjà.
Angelo D’Alessandro, PhD, auteur principal de l’étude, professeur de biochimie et de génétique moléculaire à CU Anschutz
Le centre de ce réseau sensible à l’oxygène est la bande 3, la protéine la plus abondante dans la membrane des globules rouges. Les chercheurs ont découvert une interaction jusqu’alors inconnue entre la bande 3 et la biliverdine réductase B, ou BLVRB, reliant les modifications de la membrane cellulaire à la machinerie métabolique qu’elle contient.
Lorsque les niveaux d’oxygène ont chuté, près d’un tiers des interactions protéiques cartographiées ont été remodelées. La liaison entre la bande 3 et l’hémoglobine désoxygénée a été multipliée par trois environ, tandis que le métabolisme du glucose s’est modifié et que la production de 2,3-BPG a augmenté. Cette molécule réduit l’emprise de l’hémoglobine sur l’oxygène, aidant ainsi les globules rouges à libérer de l’oxygène vers les tissus qui en ont le plus besoin.
Une réponse moléculaire avec des implications pour la haute altitude et l’exercice
Les résultats pourraient aider à expliquer comment les globules rouges s’ajustent lorsque les personnes voyagent ou vivent à haute altitude, où les niveaux d’oxygène sont plus faibles.
On sait que les globules rouges augmentent le 2,3-BPG lors d’une exposition à haute altitude, aidant ainsi à compenser la réduction de la disponibilité en oxygène. La nouvelle étude identifie une partie de la machinerie moléculaire qui pourrait coordonner cette réponse.
Pour vérifier si le mécanisme était important dans un organisme vivant, les chercheurs ont utilisé des modèles animaux dépourvus de la région N-terminale de la bande 3, sensible à l’oxygène. Leurs globules rouges ne pouvaient plus répondre à un métabolisme normal à une faible teneur en oxygène et présentaient une capacité d’exercice altérée.
Des recherches antérieures ont montré que les globules rouges augmentent la production de 2,3-BPG lors d’une exposition à haute altitude. La nouvelle étude identifie un système moléculaire qui pourrait aider à coordonner cette réponse.
Bien que les chercheurs n’aient pas étudié directement les athlètes ou les personnes s’acclimatant à haute altitude, les résultats suggèrent que la capacité des globules rouges à réorganiser rapidement leur métabolisme contribue à la capacité du corps à fonctionner lorsque l’oxygène devient limitant.
Les globules rouges s’adaptent sans produire de nouvelles protéines
Même si les globules rouges matures n’ont pas de noyau et ne peuvent pas répondre aux changements environnementaux en produisant de nouvelles protéines, ils peuvent réagir en réorganisant et en modifiant les protéines qu’ils possèdent déjà, a montré l’étude.
« Ce que nous voyons, c’est une cellule qui s’adapte sans produire de nouvelles protéines », a déclaré D’Alessandro. « Les interactions protéiques deviennent une forme de régulation biologique rapide. »
Les chercheurs ont découvert une autre couche de cette réponse impliquant l’oxyde nitrique, ou NO, qui aide à réguler le fonctionnement des vaisseaux sanguins. BLVRB agit comme un relais moléculaire, transférant un signal chimique dérivé du NO à une autre enzyme qui régule immédiatement la synthèse du 2,3-BPG, aidant ainsi à réorienter la façon dont la cellule utilise le glucose lorsque les niveaux d’oxygène chutent. Remarquablement, les plantes ont évolué indépendamment pour utiliser essentiellement le même commutateur pour générer des molécules qui régulent la photosynthèse.
« Il est frappant de voir la même stratégie chimique de base utilisée dans des formes de vie aussi éloignées », a déclaré D’Alessandro. « Dans un globule rouge, il aide le métabolisme à répondre aux changements d’oxygène. Dans une plante, il aide à rediriger le carbone vers la photosynthèse. L’évolution semble avoir utilisé à plusieurs reprises le même commutateur moléculaire pour adapter le métabolisme aux changements dans les gaz environnants. »
Comprendre ces mécanismes peut aider les chercheurs à mieux comprendre les différences d’adaptation à haute altitude, de performance physique et de vulnérabilité à la dégradation des globules rouges. Cela pourrait également fournir de nouvelles informations sur le stockage et la transfusion sanguine.
Les chercheurs ont rendu publique leur base de données détaillée sur les protéines des globules rouges, appelée Deep Red, pour aider d’autres scientifiques à étudier ces mécanismes.
L’étude rassemble des chercheurs de CU Anschutz et des institutions collaboratrices des États-Unis et du Canada. Son importance est également soulignée par un éditorial qui l’accompagne dans Sang et une discussion en vedette sur le podcast de l’American Society of Hematology.
L’étude a été soutenue par le National Heart, Lung, and Blood Institute et l’Institut national des sciences médicales générales.
