Gros plan sur les nanomachines biologiques
Des chercheurs étudient en profondeur les processus peroxysomaux
Chaque système possède son propre système d'élimination des déchets. Les organites cellulaires appelés "peroxysomes" éliminent notamment les substances toxiques et les graisses dans le corps humain et, ce faisant, préviennent des maladies graves. Le groupe de protéines "Pex" (facteurs de biogenèse des peroxysomes) assure le bon fonctionnement de ces "unités de détoxication". Une équipe de chercheurs de l'université de Münster, dirigée par le professeur Christos Gatsogiannis, a été la première à montrer, au niveau atomique, comment se déroulent ces processus extrêmement complexes. Cette réussite, aujourd'hui saluée par la publication de l'étude dans la prestigieuse revue Nature Communications, a été rendue possible grâce au nouveau microscope de haute technologie de l'université.
"Nous pouvons imaginer les peroxysomes comme des usines miniatures spécialisées dans différentes tâches", explique M. Gatsogiannis. Tout d'abord, ils sont connus pour "détoxifier" la cellule. Ils agissent comme des unités d'élimination des déchets cellulaires dans nos cellules". Ces déchets peuvent être des acides gras excédentaires, par exemple, ou des substances toxiques provenant de l'environnement : au moins 50 processus différents de ce type sont pris en charge par des organites cellulaires d'une taille de seulement 0,5 micromètre (1 micromètre = 1 millionième de millimètre).
Le rôle joué par les peroxysomes dans le métabolisme des graisses est particulièrement important pour le système. En effet, ils ne se contentent pas de démanteler les graisses, ils les transforment également en énergie utilisable, elle-même indispensable à toute une série de processus dans l'organisme. Sans les peroxysomes, des quantités dangereuses de certaines graisses peuvent s'accumuler, ce qui entraînerait de graves problèmes de santé. C'est pourquoi les maladies liées à l'âge sont souvent associées à des dysfonctionnements des peroxysomes : perte de l'ouïe ou de la vue, maladie d'Alzheimer, diabète, cancer, etc.
Chacun de ces processus nécessite une série d'enzymes spécifiques. Les peroxysomes sont cependant entourés d'une membrane biologique que les protéines ne peuvent pas facilement traverser, ce qui signifie qu'elles doivent être importées. Ce mécanisme d'importation nécessite de l'énergie et un autre groupe de protéines, le groupe Pex. "Tout comme un camion, qui transporte des produits d'un endroit à un autre, le transport des enzymes nécessite une protéine de transport, de l'énergie et une logistique bien pensée pour fonctionner efficacement", compare Maximilian Rüttermann, doctorant et membre de l'équipe. "Et, comme pour un camion, la protéine est réutilisée ou recyclée jusqu'à ce qu'elle tombe en morceaux ou se désintègre.
Ce mécanisme de recyclage est la seule étape à forte intensité énergétique de l'ensemble du processus d'importation. Le rôle principal est joué par le complexe AAA-ATPase Pex1/Pex6 du périxysome : cette "nanomachine biologique" déballe et déplie les protéines usées afin qu'elles puissent être recyclées ou éliminées. Les AAA-ATPases sont en fait une sorte d'équipe de nettoyage cellulaire qui maintient l'environnement interne de la cellule propre, fonctionnel et prêt à répondre aux exigences de la vie. Il n'est donc pas surprenant que la plupart des dysfonctionnements de la biogenèse peroxysomale soient associés à des mutations de Pex1 ou Pex6, jusqu'à 60 % des cas étant attribuables à une maladie génétique rare dans laquelle les cellules du patient ne sont pas capables de former des peroxysomes. Le grand public n'est pas au courant de cette maladie, car les patients atteints meurent généralement quelques jours ou quelques semaines après leur naissance, et il n'existe pas encore de traitement connu.
L'équipe de chercheurs dirigée par Gatsogiannis a maintenant montré, pour la première fois et dans les moindres détails, comment l'AAA-ATPase peroxysomale traite d'autres enzymes afin d'assurer le bon fonctionnement des unités de détoxication. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé la méthode de microscopie électronique cryogénique. "L'étude d'un complexe hautement dynamique tel que l'AAA-ATPase Pex1 Pex 6 s'apparente à l'observation d'un moteur de voiture en marche", explique M. Rüttermann. "On génère des millions d'images sous tous les angles pendant qu'il tourne et, sur cette base, on produit un modèle tridimensionnel dans tous ses états". Au printemps de cette année, l'équipe a mis en service un microscope électronique cryogénique de pointe. Cette nouvelle acquisition, d'un coût de 7,5 millions d'euros, permet d'étudier les protéines et les nanomachines biologiques au niveau atomique et de décrypter ainsi les secrets du fonctionnement des cellules.
Les structures à haute résolution montrent comment les protéines Pex1 et Pex6 travaillent ensemble de manière synchronisée. Elles extraient de la membrane un substrat similaire aux récepteurs d'importation utilisés pour permettre leur recyclage - un mécanisme unique, comparable à une rangée de bras qui, pas à pas, tirent une corde épaisse par paires et, ce faisant, en défont les nœuds. "Les structures atomiques et la compréhension du mécanisme de cette nanomachine complexe nous permettent maintenant de comprendre des étapes importantes de la physiologie des peroxysomes dans la santé et la maladie", conclut M. Gatsogiannis. "Il est désormais possible de relier toutes les mutations connues à leur fonction, afin de comprendre leurs conséquences chimiques et, par conséquent, les causes des troubles métaboliques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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