Des organelles sains, des cellules saines

Pendant longtemps, on a considéré que le contenu des cellules était assez peu structuré et chaotique : un mélange de protéines, d'ADN et de nombreuses petites molécules métaboliques. On savait certes que chez les plantes et les animaux, d'importants processus cellulaires se déroulaient dans des organelles - des structures plus grandes, entourées d'une membrane, comme le noyau cellulaire ou les mitochondries. Mais ce n'est que ces dernières années que les scientifiques ont découvert qu'il existe en outre un autre type de structures qui jouent un r?le décisif dans l'organisation des processus cellulaires : les organelles sans membrane. Il s'agit de minuscules gouttelettes qui se forment de manière auto-organisée - de la même manière que les gouttelettes d'huile se séparent dans l'eau.

Entre-temps, de nombreux éléments indiquent que ces compartiments ont une grande importance en médecine : Ils seraient impliqués dans le développement d'une quarantaine de maladies neurodégénératives, dont la maladie d'Alzheimer, la maladie de Huntington ou la sclérose latérale amyotrophique (SLA) - toutes incurables à ce jour.

"Les chercheurs découvrent de plus en plus de processus biologiques qui se déroulent dans ces organelles séparément du reste du contenu cellulaire", explique Karsten Weis, professeur de biochimie à l'ETH Zurich. Avec son équipe, il a maintenant étudié le principe selon lequel les organelles sans membrane se forment et comment ce processus est régulé.

Des protéines qui se collent les unes aux autres

Pour ce faire, les biochimistes de l'ETH ont étudié une famille particulière de protéines, appelées DEAD-Box-ATPases. Ces protéines agissent dans tous les organismes - bactéries, plantes et animaux - comme une sorte d'interrupteur moléculaire : lorsqu'elles ont lié la molécule de stockage d'énergie adénosine triphosphate (ATP), elles lient et transportent également l'ARN, la matrice copiée de l'ADN pour la fabrication des protéines.

Dans chaque organisme, une partie de ces DEAD-Box-ATPases contient des sortes de bras flexibles qui ne sont constitués que d'un petit sous-ensemble des 20 acides aminés au total. "C'est frappant et cela indique une fonction spéciale", explique Weis. Lui et son équipe ont d'abord étudié des ATPases de levure. Ils ont modifié les bras flexibles par des méthodes de génie génétique et ont ensuite analysé les protéines en éprouvette et dans des cellules de levure vivantes. Ils ont ainsi réalisé que ce sont précisément ces bras flexibles qui sont responsables de la formation et de la régulation des organelles sans membrane.

"Les parties flexibles sont très solubles dans le milieu aqueux à l'intérieur d'une cellule", explique Weis. "Mais dès que de nombreuses molécules d'ATPase sont réunies, ces parties flexibles font que ces protéines se lient entre elles". Les ATPases se condensent en grands assemblages. Cela provoque une séparation de phase similaire à celle de l'huile dans l'eau - il se forme des organelles cellulaires sans membrane. D'autres études menées avec des DEAD-Box-ATPases issues de cellules humaines et bactériennes ont montré aux chercheurs que ce processus fonctionne de manière très similaire dans tous les organismes.

Les organelles créent de l'ordre

Plus encore : les ATPases n'assurent pas seulement la formation auto-organisée des organelles, mais régulent également le transport des molécules d'ARN et des protéines dans ces structures gr?ce à leur liaison à l'ARN dépendante de l'ATP. C'est dans ces dernières que les molécules d'ARN sont rassemblées. Weis et ses collègues estiment qu'il est possible qu'elles y soient traitées ou dégradées, ou simplement conservées pendant un certain temps.

Dans des cellules vivantes, les chercheurs de l'ETH ont même observé comment l'ARN est acheminé à travers plusieurs organites différents sans membrane. "Cela indique que les molécules d'ARN sont traitées par étapes dans différents organites", explique Weis. Un organelle est responsable d'une première étape du processus, l'autre organelle de la suivante - comme le travail sur une cha?ne de fabrication.

Une recherche plus ciblée à l'avenir

Les organelles sans membrane sont toutefois sensibles aux perturbations. Avec le temps, elles peuvent se transformer en agrégats cassés et collés, en grumeaux qui ne sont plus liquides. "Ce sont de tels agrégats permanents dans les cellules qui déclenchent les maladies neurodégénératives", explique Weis. Les résultats de son groupe de recherche indiquent maintenant que les DEAD-Box-ATPases ont pour mission de maintenir les organelles dans un état liquide - et d'empêcher ainsi la formation d'agrégats dangereux.

Maintenant que les biochimistes ont compris comment de telles organelles sans membrane sont régulées, ils peuvent étudier le phénomène de manière plus ciblée qu'auparavant. Par exemple, en activant et en désactivant l'activité des ATPases et en observant comment cela influence les organelles et les cellules. Ainsi, les chercheurs de l'ETH veulent finalement découvrir comment les compartiments sans membrane participent à l'apparition de maladies.