Comment les protéines travaillent habilement ensemble

Dans notre corps, de nouvelles cellules sont constamment créées par division pour remplacer les cellules plus anciennes ou blessées. Ce faisant, l'information génétique est également dupliquée et transmise aux nouvelles cellules. Une interaction sophistiquée entre de nombreuses protéines différentes assure le bon déroulement de ce processus. En effet, ces protéines réparent immédiatement les éventuelles erreurs qui se sont glissées lors de la duplication de l'ADN. Mais cette même machinerie protéique remplit encore une autre fonction : dans les cellules sexuelles - ovules et spermatozo?des - elle est responsable, lors de la division cellulaire, du mélange des informations génétiques provenant à l'origine des c?tés maternel et paternel. Le même mécanisme doit donc résoudre deux t?ches contradictoires : Lors de la division cellulaire normale, appelée mitose, il assure la conservation génétique, alors que lors de la production de cellules sexuelles, appelée méiose, il assure la diversité génétique.

Ces deux t?ches sont vitales. Si la réparation de l'ADN ne fonctionne pas lors de la mitose, cela peut entra?ner un cancer et d'autres maladies. En revanche, si l'échange d'ADN lors de la méiose ne se déroule pas correctement, cela nuit à la fertilité et à la santé de la descendance. "Bien que ces processus soient si importants pour notre santé, on ne savait guère jusqu'à présent comment l'ensemble fonctionnait et était régulé", explique Joao Matos, professeur de biochimie à l'ETH Zurich. Avec son équipe, il a maintenant étudié les protéines responsables et découvert comment elles font la différence entre les deux t?ches.

Une entreprise laborieuse

Pour ce faire, les chercheurs ont d'abord cultivé en laboratoire un grand nombre de cellules de levure. En effet, chaque cellule ne contient qu'une très petite quantité des protéines impliquées. La production des cellules de levure a donc été extrêmement laborieuse : Les chercheurs ont cultivé des cellules dans 120 récipients de 6 litres chacun de manière à ce que la division se produise simultanément dans toutes les cellules de levure. En effet, la mitose et la méiose sont des processus extrêmement complexes qui se déroulent en phases précisément orchestrées. C'est pourquoi seules des cultures cellulaires synchronisées permettent de distinguer dans quelle phase quelles protéines sont importantes et comment elles travaillent ensemble.

On savait déjà que chez la levure, mais aussi chez les plantes, les animaux et les humains, un groupe de sept enzymes participait à la réplication de l'ADN : les RIPE (recombinaison intermediate processing enzymes). Pour la première fois, les chercheurs de l'ETH ont pu isoler ces RIPE à partir des cultures cellulaires et les identifier au spectromètre de masse - à chaque fois à partir d'une phase spécifique de la division cellulaire. Parallèlement, ils ont identifié gr?ce à cette méthode une série d'autres protéines qui contribuent à réguler la division cellulaire.

Les mêmes composants rec?blés

Joao Matos et son équipe ont ainsi pu montrer quelles RIPEs sont importantes pour quelle phase de la division cellulaire et quelles protéines auxiliaires interagissent avec les RIPEs. Un premier résultat surprenant : la quantité de RIPEs reste presque constante dans toutes les phases de la mitose et de la méiose. "Les cellules ne régulent donc pas la division cellulaire et la réparation de l'ADN comme de nombreux autres processus par la production des protéines impliquées", explique Matos. Au lieu de cela, les protéines auxiliaires interagissent à chaque fois de manière ciblée avec les enzymes RIPE afin de les activer ou de les désactiver dans une phase spécifique. "Tous les composants sont toujours là, mais ils sont rec?blés en fonction de la t?che à accomplir", explique le professeur de l'ETH.

Les chercheurs ont par exemple reconnu que trois des RIPE, qui interagissent avec de très nombreux auxiliaires dans la plupart des phases, perdent presque tous leurs partenaires d'interaction juste au moment de ce que l'on appelle la métaphase de la méiose, c'est-à-dire lorsque l'ADN maternel et l'ADN paternel sont mélangés. En revanche, un autre complexe de protéines se forme à ce moment-là. "Celui-ci doit donc être responsable du mélange de l'ADN maternel et paternel", conclut Matos. En outre, les chercheurs de l'ETH ont identifié une quantité de nouvelles protéines auxiliaires dont le r?le n'était pas encore connu auparavant.

Des clés pour comprendre la maladie

Les résultats obtenus sur les cellules de levure peuvent également être appliqués à l'homme. En effet, pour chacune des protéines de levure impliquées, il existe un équivalent chez l'homme qui fonctionne de manière identique ou très similaire. C'est pourquoi les chercheurs de Matos et d'autres scientifiques peuvent s'appuyer sur ces résultats. Ils peuvent désormais étudier de manière ciblée certaines protéines afin de déterminer si et comment elles sont impliquées dans le développement de maladies - pour finalement trouver un remède.