Une carte dévoilant l’assemblage précis des 552 éléments du complexe poreux donne un nouvel élan à la compréhension de nombreuses pathologies.
Le noyau d’une cellule pose un véritable casse-tête logistique. Protégé par une double membrane, il garde l’ADN à l’abri, mais l’isole aussi du reste de la cellule. Pour gérer ce paradoxe, la nature a opté pour une solution d’envergure : le complexe des pores nucléaires. Cette structure cylindrique, gigantesque à l’échelle moléculaire, orchestre tous les échanges entre le noyau et la cellule, servant de passage obligé pour les importations comme pour les exportations.
Le 14 mars, dans la revue Nature, des chercheurs de l’Université Rockefeller et leurs partenaires ont décrit en détail l’architecture de ce complexe dans la levure. Ce qu’ils ont mis au jour ? Une organisation qui rappelle certains chefs-d’œuvre d’ingénierie humaine, où béton, acier et câbles tressés s’associent pour défier les contraintes.
« On pense à un pont suspendu, où la combinaison de parties robustes et souples garantit la résistance », résume Michael P. Rout, à la tête de ces travaux avec Brian T. Chait.
Ce complexe abrite 552 protéines, appelées nucléoporines, mais jusqu’ici, leur mode d’assemblage restait insaisissable. Pour dresser la carte complète, il a fallu croiser différentes méthodes et approches innovantes. Ce nouvel agencement moléculaire ouvre la voie à des recherches sur le fonctionnement intime du portail nucléaire, mais aussi sur les conséquences de ses défaillances dans des maladies comme le cancer.
Une carte détaillant l’assemblage des 552 éléments du complexe poreux pourrait transformer l’étude de nombreuses pathologies. L’université Rockefeller
Un cap scientifique franchi
Le complexe poreux remonte aux premiers organismes unicellulaires, seuls habitants de la Terre d’alors, qui ont développé des compartiments spécialisés, dont le noyau, gardien du patrimoine génétique.
Mais son rôle ne s’arrête pas là : il agit comme une douane stricte, filtrant ce qui peut entrer ou sortir. L’ARN, porteur des instructions génétiques, trouve ainsi le chemin de la sortie, tandis que certaines protéines indispensables y accèdent. Quant aux indésirables, virus et autres éléments envahisseurs, l’accès leur est barré.
Rout et Chait n’en sont pas à leur premier pas sur ce terrain. Il y a plus de vingt ans, ils se sont lancés dans la cartographie de cette structure énigmatique, conscients que l’entreprise s’étirerait sur des décennies tant la tâche s’annonçait ardue.
La difficulté ? Plus d’un tiers du complexe est mobile. Sa taille imposante et le flux incessant de molécules le traversant rendent impossible toute analyse par une seule méthode. « Nous avons multiplié les techniques disponibles, rassemblé tous les résultats, puis intégré le tout dans une structure cohérente », explique Brian Chait, professeur à Rockefeller.
Grâce à une collaboration avec l’Université de Californie à San Francisco, la Boston University Medical School et le Baylor College of Medicine, ils ont pu identifier le type, la quantité et la proximité de chaque nucléoporine, tout en reconstituant la masse et la forme du complexe entier.
Ces informations leur ont permis de visualiser l’anatomie de multiples composants, puis de les agencer dans l’ensemble du complexe. Ce qu’ils ont découvert ? Une structure annelée sophistiquée, avec des colonnes diagonales rigides et des connecteurs flexibles, digne d’un pont comme le Golden Gate, où tours et câbles s’équilibrent.
Cette carte incarne une avancée majeure dans un champ de recherche étroitement lié à l’histoire de Rockefeller. Dans les années 1950, Michael Watson y observait déjà de petites densités sur l’enveloppe nucléaire. Deux décennies plus tard, le laboratoire de Günter Blobel, disparu récemment, identifiait les premières nucléoporines et déchiffrait leur structure.
La levure, un modèle pour l’humain
Sur le plan du complexe poreux, la levure partage bien plus avec l’humain qu’on ne l’imagine. En comparant leurs résultats avec les données issues de complexes humains, les chercheurs ont constaté des similarités frappantes, malgré quelques différences dans l’agencement. Ce constat rend la levure particulièrement précieuse pour des recherches applicables à la biologie humaine.
Le champ d’exploration reste vaste. Les anomalies du complexe poreux sont impliquées dans de nombreuses maladies, comme certains troubles auto-immuns ou cancers, tandis que certains virus rivalisent d’astuce pour franchir cette barrière. Pourtant, nombre de mécanismes à l’œuvre demeurent obscurs.
La nouvelle carte moléculaire de la levure pourrait changer la donne. L’équipe a réussi à localiser des sites affectés par certains cancers, preuve que ce modèle permet d’étudier l’impact du stress, de médicaments ou de mutations sur la structure humaine. Une avancée qui ouvre des perspectives pour mieux comprendre ces défaillances et envisager de nouvelles pistes thérapeutiques.
Publication : Seung Joong Kim et al., « Structure intégrative et anatomie fonctionnelle d’un complexe de pores nucléaires », Nature, 2018 ; doi:10.1038/nature26003
