Vider la poubelle

Par University of California - San Diego11 mai 2023

Les cellules souches sortent les poubelles. Cette illustration est d'Emma Vidal de DrawImpacts. Crédit : Emma Vidal

Les scientifiques de l'UC San Diego ont découvert que la méthode unique des cellules souches pour éliminer les protéines mal repliées pourrait être la clé pour préserver la santé à long terme et éviter les maladies.

Alors que les humains poursuivent leur recherche de la fontaine de jouvence, les cellules souches continuent d'émerger comme un acteur clé dans la quête de la longévité. Des études suggèrent de plus en plus que la préservation de la forme physique des cellules souches conduit à une durée de vie plus longue, et de nouvelles recherches soulignent l'importance de garder les cellules souches propres et bien rangées.

Selon une étude récemment publiée dans la revue Cell Stem Cell, des scientifiques de la faculté de médecine de l'Université de Californie à San Diego ont découvert que les cellules souches sanguines utilisent une technique surprenante pour éliminer leurs protéines mal repliées. Les chercheurs ont constaté que ce processus diminue avec l'âge et pensent que le renforcement de ce système spécialisé d'élimination des déchets pourrait aider à lutter contre les maladies liées à l'âge.

L'étude s'est concentrée sur les cellules souches hématopoïétiques (CSH), les cellules de notre moelle osseuse qui produisent de nouvelles cellules sanguines et immunitaires tout au long de notre vie. Lorsque leur fonction est affaiblie ou perdue, cela peut entraîner des troubles sanguins et immunitaires, tels que l'anémie, la coagulation du sang et le cancer.

Le chercheur de l'UC San Diego, Robert Signer, Ph.D., décrit comment les cellules souches contribuent au vieillissement et aux maladies liées à l'âge. Crédit : Sciences de la santé UC San Diego

"Les cellules souches sont là pour le long terme", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Robert Signer, Ph.D., professeur agrégé à la faculté de médecine de l'UC San Diego. "Leur besoin de longévité exige qu'elles soient câblées différemment de toutes les cellules à courte durée de vie du corps."

Une clé pour garder les cellules souches heureuses est de maintenir l'homéostasie des protéines. Des travaux antérieurs ont montré que les cellules souches, y compris les CSH, synthétisent les protéines beaucoup plus lentement que les autres types de cellules, privilégiant la qualité à la quantité. Cela les aide à faire moins d'erreurs dans le processus, car les protéines mal repliées peuvent devenir toxiques pour les cellules si on les laisse s'accumuler.

Pourtant, certaines erreurs ou dommages aux protéines sont inévitables, c'est pourquoi les chercheurs ont cherché à comprendre comment les cellules souches s'assurent que ces protéines sont correctement éliminées.

In most cells, damaged or misfolded proteins get individually tagged for disposal. A mobile protein destroyer called the proteasome then finds the labeled proteins and breaks them down into their original amino acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> composants acides. Mais dans la nouvelle étude, les chercheurs ont découvert que l'activité du protéasome était particulièrement faible dans les CSH. Cela a laissé l'équipe perplexe : si se débarrasser des protéines endommagées est si important pour les cellules souches, pourquoi le protéasome est-il moins actif ?

Les scientifiques de l'UC San Diego ont découvert que les protéines mal repliées étaient agrégées et mises en cage dans une seule zone (verte) dans les cellules souches avant d'être éliminées. Crédit : Sciences de la santé UC San Diego

Grâce à une série d'expériences ultérieures, l'équipe a découvert que les HSC utilisent un système entièrement différent. Ici, les protéines endommagées et mal repliées sont collectées et acheminées vers des grappes appelées aggresomes. Une fois regroupés en un seul endroit, ils peuvent être collectivement détruits par le lysosome (un organite cellulaire contenant des enzymes digestives) dans un processus appelé agréphagie.

"Ce qui est très inhabituel ici, c'est que l'on pensait que cette voie n'était déclenchée que par une réponse au stress extrême, mais c'est en fait la voie physiologique normale utilisée par les cellules souches", a déclaré Signer. "Cela souligne à quel point il est essentiel pour les cellules souches de prévenir le stress afin qu'elles puissent préserver leur santé et leur longévité."

So why this different system? A main advantage of the proteasome method is that it breaks proteins down immediately, producing amino acids<div class="cell text-container large-6 small-order-0 large-order-1"><div class="text-wrapper"><br />Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.<br /></div></div>" data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> acides aminés que la cellule peut réutiliser pour construire de nouvelles protéines. Mais les cellules souches sont moins intéressées par la construction de nouvelles protéines. Ainsi, les auteurs suggèrent qu'en stockant une collection de protéines endommagées en un seul endroit, les cellules souches peuvent créer leur propre cache de ressources qui peuvent être utilisées ultérieurement lorsqu'elles sont réellement nécessaires, comme après une blessure ou lorsqu'il est temps se régénérer.

"Le corps ne peut vraiment pas risquer de perdre ses cellules souches, donc avoir ce stock de matières premières les rend plus protégés contre les jours de pluie", a déclaré Signer. "Les cellules souches sont des coureurs de marathon, mais elles doivent aussi être des sprinteurs de classe mondiale lorsque les circonstances l'exigent."

Lorsque les chercheurs ont génétiquement désactivé la voie de l'agréphagie, les cellules souches ont commencé à accumuler des protéines agrégées, ce qui a nui à leur forme physique, leur longévité et leur activité régénératrice.

L'équipe a ensuite découvert que si presque toutes les jeunes cellules souches avaient des aggresomes, à un certain stade du vieillissement, elles avaient presque complètement disparu. Les auteurs suggèrent que l'incapacité des cellules souches à détruire efficacement les protéines mal repliées au cours du vieillissement est probablement un facteur clé contribuant au déclin de leur fonction et aux troubles liés à l'âge qui en résultent.

"Notre espoir est que si nous pouvons améliorer la capacité des cellules souches à maintenir la voie de l'agréphagie, nous préserverons une meilleure forme physique des cellules souches pendant le vieillissement et atténuerons les troubles sanguins et immunitaires", a déclaré Signer.

Les auteurs soupçonnent que d'autres types de cellules souches et de cellules à longue durée de vie comme les neurones ont une exigence similaire pour une régulation stricte de l'homéostasie des protéines, suggérant que des thérapies pour stimuler cette voie pourraient être bénéfiques pour plusieurs organes et pathologies.

Entrez votre journal : Référence : "Les cellules souches hématopoïétiques transportent préférentiellement les protéines mal repliées vers les aggrésomes et dépendent de l'agréphagie pour maintenir l'homéostasie des protéines" par Bernadette A. Chua, Connor J. Lennan, Mary Jean Sunshine, Daniela Dreifke, Ashu Chawla, Eric J. Bennett et Robert AJ Signer, 21 mars 2023, Cell Stem Cell.DOI : 10.1016/j.stem.2023.02.010

Les co-auteurs de cette étude incluent : Bernadette A. Chua, Connor J. Lennan, Mary Jean Sunshine, Daniela Dreifke et Eric J. Bennett à UC San Diego et Ashu Chawla à La Jolla Institute for Immunology.