Les chercheurs mettent en évidence d'un nouveau rythme biologique

Publié par Adrien le 08/12/2020 à 09:00
Source: CEA IRIG

En réalisant des mesures de la masse sèche sur différents types de cellules humaines, des chercheurs de l'Irig ont mis en évidence l'existence d'un nouveau rythme biologique d'une durée de 4 heures et qui se manifeste entre deux divisions cellulaires. Ces résultats participent à la compréhension actuelle des horloges biologiques ultradiennes et pourraient potentiellement avoir de fortes implications dans le domaine de la santé.
La synthèse des protéines (La synthèse des protéines est l'acte par lequel une cellule assemble une chaîne...) et leur dégradation jouent un rôle majeur dans le fonctionnement de nos cellules, notamment en contribuant à maintenir l'abondance des protéines au sein des cellules en permettant le recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui...) des briques élémentaires (acides aminés) et ainsi à conduire à des fonctions biologiques normales. L'abondance des protéines dans la cellule est régulée aux niveaux transcriptionnel, traductionnel et post-traductionnel, d'où sa complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par...). L'une des voies de régulations dominantes de la dégradation des protéines intervient via le système Ubiquitine-Protéasome dont la dérégulation peut conduire à des pathologies aussi diverses et variées que des cancers, des désordres neuronaux... Cependant, la façon dont l'ubiquitination des protéines et leur cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) de dégradation affectent la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de protéines et le maintien de leur homéostasie (équilibre) n'est toujours pas bien comprise.

En réalisant, par imagerie sans lentille, des mesures de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) sèche (représentée principalement par les protéines) sur différents types de cellules humaines (Figure), des chercheurs de l'Irig ont révélé l'existence d'un nouveau rythme biologique. Ce rythme de nature ultradienne (inférieur à 24 heures) se manifeste entre deux divisions cellulaires successives. Il est important de noter que, grâce à l'imagerie sans lentille, ce rythme a pu être observé sur des populations de cellules "natives", c'est-à-dire non fluorescentes et non synchronisées. Ce nouveau rythme biologique, indépendant du rythme circadien, possède une périodicité de 4 heures (L'heure est une unité de mesure  :) et est insensible à la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), ce qui est une caractéristique des horloges biologiques. Les chercheurs ont montré que ce rythme était supprimé par des inhibiteurs du protéasome (Les protéasomes sont des complexes enzymatiques multiprotéiques que l'on retrouve chez...) et n'était observé que dans les cellules en prolifération. Il reflète la dynamique périodique de la masse des protéines dans les cellules lors de leur croissance durant le cycle cellulaire.

Ces résultats suggèrent de nouvelles hypothèses stimulantes:
i) En plus de la synthèse de novo des acides aminés nécessaires à la croissance cellulaire, le recyclage massif (Le mot massif peut être employé comme :) toutes les 4 heures des acides aminés présents dans les protéines cellulaires pourrait permettre l'adaptation de la cellule à des périodes de carence nutritionnelle ou à des changements micro environnementaux aigus, et ceci à faible coût énergétique.
ii) Il pourrait s'agir d'un moyen d'effacer et de réinitialiser toutes les 4 heures certaines modifications post-traductionnelles résultant des signaux du microenvironnement.
iii) Cette horloge pourrait faire partie d'un système de défense contre les agents pathogènes faisant intervenir leur dégradation massive (Le mot massif peut être employé comme :) et la génération d'antigènes de façon périodique, toutes les 4 heures.

Ces résultats participent à la compréhension actuelle des horloges biologiques ultradiennes, du système Ubiquitine-Protéasome, de la régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se...) du cycle cellulaire, et pourraient potentiellement avoir de fortes implications dans le domaine de la santé.


Dynamique pulsatile de la masse sèche durant l'interphase du cycle cellulaire, superposée sur la croissance moyenne. Cette dynamique a été révélée par une analyse spectrale (L'analyse spectrale est une méthode utilisée en physique pour déterminer les caractéristiques...) permettant de filtrer le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....).
Étude quantitative du cycle cellulaire (croissance cellulaire et prolifération) par microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...) sans lentille à l'échelle de la cellule unique par observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) de la cinétique de milliers de cellules en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) réel sur un large champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vision (29,4 mm2), sur des durées pouvant aller jusqu'à plusieurs jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) (plusieurs cycles cellulaires), et avec un taux d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) rapide (5 minutes).

Définitions:
Ubiquitine-Protéasome: Voie de dégradation des protéines caractérisée par deux événements séquentiels: le premier consiste en l'étiquetage des substrats destinés à être dégradés par un polymère (Un polymère (étymologie : du grec pollus, plusieurs, et meros, partie) est un...) de molécules d'ubiquitine ; le second est la reconnaissance puis la dégradation de ces substrats poly-ubiquitinés par un complexe enzymatique multiprotéique, le protéasome.
L'imagerie sans lentille autorise de façon simple et sans marquage, l'observation dynamique de la vie (La vie est le nom donné :) cellulaire, aussi bien à l'échelle microscopique que mésoscopique, sur un large champ de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) et sur des périodes de temps allant de quelques jours à plusieurs semaines.

Références:
Ghenim L, Allier C, Obeid P, Hervé L, Fortin JY, Balakirev M and Gidrol X
A new ultradian rhythm in mammalian cell dry mass observed by holography.
Scientific Reports, sous presse, 2020.
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