Une nouvelle étude menée par des bioscientifiques de l’Université Rice explique comment les structures cellulaires de base communes à la plupart des formes de vie collaborent pour alimenter la croissance d’un organisme végétal modèle. Les résultats pourraient faire la lumière sur les mécanismes correspondants dans les cellules humaines.
Avant qu’il ne soit suffisamment mature pour effectuer la photosynthèse, un semis d’Arabidopsis thaliana en développement dépend de la réserve de graisses stockées à l’intérieur de ses cellules dans des poches recouvertes de protéines appelées gouttelettes lipidiques. Le contenu riche en énergie de ces gouttelettes est mobilisé dans des conteneurs intracellulaires appelés peroxysomes. La nouvelle étude a révélé que cette collaboration nécessite une enzyme sur le peroxysome qui aide à décomposer le revêtement protéique des gouttelettes lipidiques. L’enzyme ⎯ MIEL1 ⎯ était auparavant connue pour résider dans le noyau cellulaire, où elle aide à réguler l’expression des gènes.
La découverte d’un nouveau rôle et d’un nouveau lieu pour MIEL1 a soulevé la question de savoir si les résultats s’appliqueraient également à son homologue humain, PIRH2. Des expériences supplémentaires ont confirmé que PIRH2 s’associe aux peroxysomes lorsqu’il est exprimé dans des cellules d’Arabidopsis, selon l’étude publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences. Étant donné que PIRH2 joue un rôle important dans le développement des tumeurs, une compréhension plus approfondie de sa fonction cellulaire pourrait offrir des informations sur la prévention et le traitement du cancer.
Dans les cellules humaines, PIRH2 aide à dégrader p53, une protéine bien connue qui contrôle la prolifération des cellules dont le génome est endommagé. Le gène qui code p53 a été surnommé « le gardien du génome » et a fait l’objet d’études approfondies pour son rôle de suppresseur de tumeur. Des mutations qui perturbent sa fonction se retrouvent dans la plupart des cancers.
« PIRH2 est l’un des régulateurs de p53 les plus étudiés, il est donc directement lié au cancer, car p53 est souvent muté et impliqué dans une variété de cancers dans de nombreux organes et types de cellules différents », a déclaré Melissa Traver, une chercheuse postdoctorale. associé au laboratoire Bartel qui est l’auteur principal de l’étude.
« A cause de cela, c’est un gène intéressant à étudier », a ajouté Traver, qui est également un ancien de Rice du programme de doctorat en biochimie et biologie cellulaire. « En savoir plus à ce sujet pourrait éclairer ce que nous savons sur le fonctionnement du cancer et comment l’arrêter. Je n’aurais jamais pensé que je finirais par lire des articles sur le cancer dans un laboratoire de plantes. J’ai commencé ce projet en essayant de répondre à une question très, très spécifique. question sur les plantes, et il a été extrêmement encourageant et gratifiant de trouver quelque chose qui est potentiellement plus largement applicable à tous les systèmes. »
Les résultats ont renforcé la conviction de Traver que la recherche fondamentale peut produire des impacts aussi importants que la science basée sur les applications.
« En tant qu’étudiant diplômé, j’ai passé beaucoup de temps à défendre la science fondamentale et à souligner sa nécessité et sa valeur intrinsèque », a déclaré Traver.
En collaboration avec Bonnie Bartel, professeur Ralph et Dorothy Looney de Rice en sciences biologiques, Traver a examiné les processus cellulaires qui se déroulent pendant la germination d’Arabidopsis.
« Pendant des années, nous avons étudié les peroxysomes chez Arabidopsis – comment ils sont fabriqués et ce qu’ils font et pourquoi ils sont importants », a déclaré Bartel. « Les peroxysomes jouent un rôle particulièrement critique lors de la germination, lorsque la plante connaît une croissance importante mais n’est pas encore assez mature pour réaliser la photosynthèse. Cela signifie qu’elle doit utiliser les lipides stockés dans la graine par la plante mère.
« Nous avons commencé à nous intéresser aux gouttelettes lipidiques en raison de l’association étroite de ces deux organites – l’un où les graisses sont stockées et l’autre où elles sont traitées. Les gouttelettes lipidiques ont un revêtement protéique qui les empêche de fusionner les unes avec les autres. Nous nous sommes intéressés à comment les cellules se débarrassent de cette protéine, qui s’appelle l’oléosine. »
Pour découvrir comment l’oléosine se décompose, Traver a conçu une version de la protéine étiquetée avec un marqueur fluorescent.
« Nous sommes des généticiens, donc quand nous voulons comprendre quelque chose, nous aimons le casser », a déclaré Bartel. « Melissa a décidé de rechercher des plantes qui ne pouvaient pas dégrader cette oléosine comme le fait le type sauvage. En raison de l’étiquette fluorescente sur l’oléosine, elle a pu voir que le semis de type sauvage était allumé au début. Cependant, la fluorescence s’estompe à mesure que l’oléosine se décompose et les lipides sont consommés. »
En revanche, les semis mutants qui ne peuvent pas décomposer l’oléosine continuent d’afficher une fluorescence. En séquençant leur génome et en le comparant à celui de la plante de type sauvage, Traver a pu identifier le gène responsable de la capacité des plantes à décomposer l’oléosine.
« Le gène qui ne fonctionne plus dans les semis mutants code pour MIEL1, une enzyme nucléaire qui aide à dégrader les facteurs de transcription – les protéines qui modulent l’expression des gènes », a déclaré Bartel.
Traver a effectué plus d’expériences pour déterminer si MIEL1 accompagne les gouttelettes lipidiques ou les peroxysomes.
« La chose inattendue que Melissa a découverte est que même s’il agit sur les gouttelettes lipidiques, MIEL1 est en fait localisé au niveau du peroxysome », a déclaré Bartel. « Les gouttelettes lipidiques et les peroxysomes sont dispersés dans toute la cellule, et vous ne voulez pas dégrader l’oléosine à moins qu’une gouttelette lipidique ne se trouve juste à côté d’un peroxysome. Notre hypothèse est que le fait d’avoir cette enzyme sur les peroxysomes est un moyen d’assurer la bonne biochimie se passe là où c’est nécessaire. »
Les résultats de l’étude suggèrent que l’interaction à médiation enzymatique entre les peroxysomes et les gouttelettes lipidiques pourrait sembler similaire dans toutes les formes de vie eucaryotes.
« La prochaine chose à faire serait de mener des expériences sur des cellules humaines ou d’autres modèles animaux pour voir si des mécanismes similaires sont en jeu », a déclaré Traver.
Les National Institutes of Health (R35GM130338, P30CA91842, UL1TR002345, R01GM129325) et la Robert A. Welch Foundation (C-1309) ont soutenu la recherche.
