Complément alimentaire – Le stress osmotique identifié comme stimulateur de l’élimination des déchets cellulaires


Le stress osmotique identifié comme stimulateur de l'élimination des déchets cellulaires

Image d’astrocytes de souris montrant le cytosquelette d’actine (rouge) et les lysosomes (vert) Crédit: Tania Lopez-Hernandez

L’élimination des déchets cellulaires, où autophagie et lysosomes interagissent, remplit des fonctions élémentaires, telles que la dégradation des molécules de protéines endommagées, qui altèrent la fonction cellulaire, et la réintroduction des éléments constitutifs résultants tels que les acides aminés dans le système métabolique.

Ce processus de recyclage est connu pour garder les cellules jeunes et, par exemple, protège contre l’agrégation des protéines, qui se produit dans les maladies neurodégénératives. Mais qu’est-ce qui, à part la famine, fait réellement fonctionner ce système important? Des chercheurs du Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) de Berlin ont maintenant découvert un mécanisme inconnu: le stress osmotique, c’est-à-dire un changement de l’équilibre hydrique et ionique, déclenche une réponse en quelques heures, entraînant une formation et une activité accrues des autophagosomes et lysosomes.

L’ouvrage, maintenant publié dans Biologie cellulaire naturelle, décrit en détail la nouvelle voie de signalisation et fournit une base cruciale pour améliorer notre compréhension de l’impact des influences environnementales sur notre système de recyclage et de dégradation cellulaire, et comment ces connaissances peuvent être utilisées à des fins thérapeutiques.

Nos cellules ont parfois besoin d’un « nettoyage de printemps » afin que les molécules de protéines mal repliées ou les organites cellulaires endommagés puissent être éliminés, empêchant l’agrégation des molécules de protéines. Les mécanismes responsables de cette élimination sont ce que l’on appelle «l’autophagie» et le système lysosomal étroitement apparenté, dont la découverte a remporté le prix Nobel de médecine en 2016.

Un certain nombre d’études suggèrent que l’autophagie et les lysosomes jouent un rôle central dans le vieillissement et les maladies neurodégénératives. Il est également généralement admis que le jeûne ou la privation de nourriture peut déclencher ce processus de dégradation et de recyclage cellulaire. En dehors de cela, on sait peu de choses sur la façon dont les cellules et les organes contrôlent la qualité de leurs molécules de protéines, et quelles influences environnementales donnent le signal décisif pour commencer le nettoyage.

La perte d’eau induit la formation de lysosomes et l’autophagie

Un nouveau déclencheur a maintenant été identifié par des scientifiques du Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) à Berlin: c’est le stress osmotique, c’est-à-dire l’état dans lequel les cellules perdent de l’eau, qui déclenche le système d’autophagie et de dégradation lysosomale. L’étude vient d’être publiée dans la prestigieuse revue Biologie cellulaire naturelle.

« Lorsque la déshydratation se produit, nous voyons soudainement plus de lysosomes dans les cellules, c’est-à-dire plus d’organites où les molécules de protéines agrégées sont dégradées », a expliqué le co-dernier auteur PD Dr. Tanja Maritzen. « C’est une adaptation intelligente parce que la perte d’eau cellulaire favorise simultanément l’agrégation des protéines. Ces agrégats doivent être retirés rapidement pour assurer la fonction continue des cellules, et cela fonctionne mieux lorsque les cellules ont plus de lysosomes. »

Le transporteur d’ions NHE7 passe à une nouvelle voie découverte

Les chercheurs ont pu observer ce qui se passe au niveau moléculaire dans les cellules déshydratées à l’aide d’astrocytes, cellules en forme d’étoile dans le cerveau qui facilitent le travail de nos cellules nerveuses: en cas de déshydratation, le transporteur d’ions NHE7 se déplace de l’intérieur de la cellule, où il est normalement positionné, à la membrane plasmique limitante de la cellule qui protège la cellule de l’extérieur. Cela conduit à un afflux d’ions sodium dans la cellule, augmentant indirectement le niveau de calcium – un messager clé – dans le cytosol. Le niveau élevé de calcium active à son tour un facteur de transcription appelé TFEB, qui active enfin les gènes autophagie et lysosomale. En d’autres termes, le système est initié par le transporteur d’ions NHE7, déclenché par le stress osmotique.

« Cette voie était complètement inconnue », a déclaré le chef du groupe et dernier auteur de l’étude, le professeur Dr. Volker Haucke. « Il s’agit d’un nouveau mécanisme qui répond à un type de défi physiologique complètement différent de ceux connus auparavant. »

Découverte de protéines agrégées dans les cellules du cerveau

Des contre-expériences ont révélé l’importance de cette voie pour la santé humaine: lorsque les chercheurs ont supprimé une composante de la voie de signalisation, comme le transporteur NHE7 ou le facteur de transcription TFEB, des molécules de protéines agrégées accumulées dans les astrocytes dans des conditions de stress osmotique; ils ne pouvaient pas être décomposés. Dans l’étude, ce phénomène a été démontré pour des composants tels que la synucléine, une protéine qui joue un rôle dans la maladie de Parkinson.

« Les maladies neurodégénératives en particulier sont une conséquence possible de cette voie mal activée », a déclaré Tania López-Hernández, post-doc dans les groupes respectifs du professeur Haucke et du Dr Maritzen, et auteur principal de l’étude. « En outre, NHE7 est un soi-disant gène du risque d’Alzheimer. Nous avons maintenant de nouvelles idées sur la raison pour laquelle ce gène pourrait jouer un rôle si critique. »

Un autre point intéressant est qu’une déficience intellectuelle chez les garçons, transmise via le chromosome X, est due à une mutation du gène NHE7. Les chercheurs soupçonnent que le mécanisme de la maladie est lié au mécanisme de dégradation qui a maintenant été décrit. Si seul l’interrupteur, c’est-à-dire la protéine NHE7, était défectueux, une tentative pourrait être faite pour activer la voie d’une autre manière. « Il est très difficile en pratique et extrêmement coûteux de réparer un défaut génétique, mais il serait concevable d’influencer pharmacologiquement la protéine NHE7 ou d’utiliser d’autres stimuli tels que la spermidine comme complément alimentaire pour activer le système d’autophagie chez ces patients. », a expliqué Volker Haucke, biologiste cellulaire et chercheur en neurocure.

Pertinence médicale de la recherche fondamentale

Pour mener à bien de telles interventions, cependant, les fondations doivent faire l’objet d’une recherche plus approfondie. Par exemple, on ne sait pas encore comment le stress osmotique affecte la translocation de NHE7 à la surface cellulaire. On ne sait pas non plus si l’ensemble du système de dégradation est initié ou si seuls les gènes individuels sont activés, ou quelles réponses spécifiques au stress osmotique sont nécessaires pour activer le système lysosomal. On ne sait pas non plus quels autres stimuli peuvent être déclenchés par ce processus physiologique. Les chercheurs cherchent maintenant à répondre à toutes ces questions dans des projets ultérieurs.

« Nos travaux nous ont montré l’impact fondamental de notre équilibre hydrique et ionique sur la capacité de nos cellules et tissus à décomposer les molécules de protéines défectueuses », a remarqué Volker Haucke. « Maintenant, nous voulons mieux comprendre ce mécanisme – également parce qu’il joue un rôle majeur dans le vieillissement, la neurodégénérescence et la prévention de plusieurs autres maladies. »


Une nouvelle voie pour un médicament anti-âge


Plus d’information:
Tania López-Hernández et al, La régulation endocytaire de l’homéostasie des ions cellulaires contrôle la biogenèse des lysosomes, Biologie cellulaire naturelle (2020). DOI: 10.1038 / s41556-020-0535-7

Fourni par
Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)


Citation:
Le stress osmotique identifié comme stimulateur de l’élimination des déchets cellulaires (2020, 29 juin)
récupéré le 30 juin 2020
depuis https://phys.org/news/2020-06-osmotic-stress-cellular-disposal.html

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