Quelle levure pour une carte ?

Une carte montrant comment les 552 pièces du complexe poreux s’assemblent pourrait éclairer la recherche sur de nombreuses maladies.

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Tout comme une nation insulaire, le noyau d’une cellule présente un problème de transport. Evolution l’a entouré d’une double membrane, l’enveloppe nucléaire, qui protège l’ADN mais le coupe également du reste de la cellule. La solution de la nature est une configuration cylindrique massive, selon les normes moléculaires, connue sous le nom de complexe des pores nucléaires, à travers laquelle se déplacent les importations et les exportations, reliant la majeure partie de la cellule à son siège social.

Dans une recherche décrite le 14 mars dans Nature, des scientifiques de l’Université Rockefeller et leurs collègues ont délimité l’architecture du complexe de pores nucléaires dans les cellules de levure. Le plan biologique qu’ils ont découvert partage des principes parfois observés à une plus grande échelle dans le béton, l’acier et le fil de fer.

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« Cela nous rappelle un pont suspendu, dans lequel une combinaison de des pièces robustes et flexibles produisent une structure résistante aux contraintes », explique Michael P. Rout, qui a dirigé les travaux avec Brian T. Chait.

Le complexe poreux contient 552 protéines, appelées nucléoporines, et les scientifiques n’avaient jamais su comment elles s’assemblaient. Il a fallu une combinaison d’approches pour dresser une carte complète de ces pièces. Les chercheurs espèrent que cette nouvelle structure moléculaire permettra de nouvelles études sur le fonctionnement normal du portail nucléaire et sur la façon dont ses défauts conduisent à des maladies telles que le cancer.

Une carte montrant comment les 552 pièces du complexe poreux s’assemblent pourrait éclairer la recherche sur de nombreuses maladies. L’université Rockefeller

Une étape importante

Le complexe poreux est apparu pour la première fois lorsque des organismes unicellulaires — les seuls êtres vivants à l’époque — ont acquis des compartiments spéciaux contenant des structures semblables à des organes, y compris le noyau, qui abrite le code génétique de la cellule.

Il sert non seulement de conduit à et du noyau, mais aussi comme point de contrôle régulant ce qui entre et sort. Les instructions génétiques transcrites en ARN peuvent sortir, par exemple, tandis que les protéines nécessaires à l’intérieur du noyau peuvent entrer. D’autres éléments, tels que les virus qui s’emportent sur la cellule, sont tenus à distance.

Rout et Chait ont commencé à cartographier cette ancienne structure il y a plus de 20 ans, sachant que le projet pourrait bien s’étendre sur des décennies puisque l’objectif de leur curiosité n’est pas facile à définir.

Plus d’un tiers du complexe de pores peut se déplacer, et cette flexibilité, associée à la taille immense de la structure et au flux constant de trafic qui la traverse, signifiait qu’aucune approche unique de cartographie ne fonctionnerait. « En fin de compte, nous avons utilisé tout ce que nous pouvions mettre la main sur, nous avons rassemblé les résultats et les avons intégrés dans une structure unique », explique Chait, professeur Camille et Henry Dreyfus de Rockefeller.

En collaboration avec des chercheurs de l’Université de Californie à San Francisco, la Boston University Medical School et le Baylor College of Medicine, l’équipe a pu déterminer le type et la quantité de chaque nucléoporine et leur proximité les uns par rapport aux autres, ainsi que le poids et la forme de l’ensemble du complexe.

Ces données leur ont permis de visualiser l’anatomie de nombreux composants poreux individuels et de les placer tous dans le complexe poreux. Ils ont découvert une structure annelée complexe contenant des colonnes diagonales rigides et des connecteurs flexibles qui évoquent les tours et les câbles de structures fabriquées par l’homme comme le Golden Gate Bridge.

La carte qui en résulte constitue une percée dans une ligne d’enquête avec une histoire profonde de Rockefeller. Le complexe poreux est apparu pour la première fois dans les années 1950, lorsqu’un scientifique universitaire, Michael Watson, a observé de petites densités parsemant la surface de l’enveloppe nucléaire. Et environ deux décennies plus tard, le laboratoire de Günter Blobel, décédé le mois dernier, a été parmi les premiers à découvrir des nups individuels, puis déterminer leur structure.

Un nouveau point de départ

En ce qui concerne le complexe poreux, la levure a une quantité considérable en commun avec nous. Lorsque l’équipe a comparé ses données avec des résultats structuraux provenant de complexes de pores humains, elle a découvert des éléments similaires disposés quelque peu différemment. La ressemblance suggère que le complexe de pores de levure pourrait être utile pour la recherche pertinente pour les humains.

Et il y a beaucoup de recherches de ce type à faire. Les défauts du complexe poreux et de ses composants ont été liés à une multitude de maladies, notamment les troubles auto-immuns et le cancer ; pendant ce temps, les virus ont évolué pour se faufiler complètement. Mais les détails de ces dysfonctionnements et angles morts sont souvent obscurs.

La nouvelle structure de levure peut vous aider. L’équipe a découvert qu’elle pouvait cartographier les sites altérés par certains cancers — preuve, selon elle, que le complexe de pores de levure peut être utilisé pour tester la façon dont des facteurs tels que le stress, les médicaments ou les mutations modifient la structure humaine, et ce qui aide les efforts visant à comprendre et à traiter les maladies.

Publication : Seung Joong Kim, et al., « Structure intégrative et anatomie fonctionnelle d’un complexe de pores nucléaires », Nature, 2018 ; doi:10.1038/nature26003

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