Des chercheurs recréent la machine qui nettoie les déchets à l'intérieur d'une cellule

luismmolina/iStock

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Il y a un processus de nettoyage qui se passe quotidiennement dans notre corps. Dérivé du grec, le processus s'appelle l'autophagie, ce qui signifie auto-manger.

Il joue un rôle vital dans l'immunité et la défense de l'hôte. Dans le corps humain, l'auto-alimentation est le processus par lequel nos cellules se décomposent, éliminent les protéines anormales et les anciennes macromolécules et organites de déchets dans son cytoplasme, et tuent les micro-organismes envahisseurs.

Ensuite, ces déchets sont acheminés dans de minuscules vide-ordures appelés autophagosomes, pour être stockés dans la machinerie de recyclage de la cellule appelée lysosome. Les produits de dégradation sont ensuite recyclés pour les fonctions cellulaires essentielles, notamment pendant les périodes de stress ou de famine. L'initiation rapide de l'autophagie est essentielle au maintien de la survie des cellules dans des conditions de stress et de famine.

Supposons, si ce processus d'autophagie, pour une raison quelconque, est instable, et qu'il y a une accumulation de déchets dans vos cellules. Dans ce cas, cela peut entraîner des maladies neurodégénératives et, dans certains cas, même un cancer.

Pour comprendre les lacunes fondamentales de leurs connaissances concernant le début du processus d'autophagie, une équipe de chercheurs allemands a mis plusieurs années à produire toutes les protéines impliquées dans le processus.

"Comment les composants protéiques fonctionnent-ils ensemble ? Comment le processus d'autophagie démarre-t-il et s'arrête-t-il ? Quand et où l'autophagosome est-il assemblé ? C'est ce que nous voulons découvrir", a déclaré Alex Faesen, chef de groupe de recherche au Max Planck Institute for Sciences multidisciplinaires à Göttingen, dans un communiqué.

L'équipe a observé les protéines directement lors de l'assemblage des autophagosomes. L'approche standard consiste à utiliser des bactéries génétiquement reprogrammées. "Mais la production de protéines avec des bactéries n'a fonctionné pour aucune de nos protéines", a déclaré Faesen.

Les scientifiques ont eu un moment décisif lorsqu'ils sont passés aux cellules d'insectes comme auxiliaires moléculaires.

L'étape suivante consistait à rassembler les complexes protéiques individuels. "Les complexes se sont auto-assemblés en un supercomplexe protéique, le complexe d'initiation de l'autophagie. L'autophagie implique une nanomachine cellulaire sophistiquée - et cela fonctionne très différemment de ce que l'on pensait auparavant", a expliqué Faesan.

Les autophagosomes se forment en quelques minutes lorsqu'un corps est stressé par des activités comme les sports d'endurance ou pendant les périodes de famine. "A partir de ce moment, il n'y a plus de retour en arrière : le broyeur à déchets est assemblé et récupère les déchets cellulaires", explique Anh Nguyen, l'un des deux premiers auteurs de l'étude désormais publiée dans Molecular Cell.

Bien que l'équipe de recherche ait recréé cette nanomachine, il reste encore des questions sans réponse concernant l'interrupteur moléculaire "marche" et "arrêt", comme c'est le cas dans d'autres machines moléculaires.

Les chercheurs espèrent que leurs connaissances pourront contribuer au traitement du cancer et des maladies neurodégénératives et retarder le processus de vieillissement.

L'étude a été publiée dans la revue Molecular Cell.

Résumé de l'étude :

L'autophagie est une voie de dégradation intracellulaire conservée qui génère de novo des autophagosomes à double membrane pour cibler un large éventail de matériaux pour la dégradation lysosomale. Dans les organismes multicellulaires, l'initiation de l'autophagie nécessite l'assemblage en temps opportun d'un site de contact entre le RE et l'autophagosome naissant. Nous rapportons ici la reconstitution in vitro d'un supercomplexe d'initiation de l'autophagie humaine à sept sous-unités pleine longueur construit sur un complexe central d'ATG13-101 et d'ATG9. L'assemblage de ce complexe central nécessite la capacité rare d'ATG13 et d'ATG101 de basculer entre des plis distincts. La lente conversion métamorphique spontanée limite la vitesse d'auto-assemblage du supercomplexe. L'interaction du complexe central avec ATG2-WIPI4 améliore la fixation des vésicules membranaires et accélère le transfert lipidique d'ATG2 par ATG9 et ATG13-101. Nos travaux mettent au jour les bases moléculaires du site de contact et ses mécanismes d'assemblage imposés par la métamorphose d'ATG13-101 pour réguler la biogenèse des autophagosomes dans l'espace et dans le temps.