Les cellules possèdent de nombreuses stratégies pour s’adapter à leur environnement. Des chercheurs viennent de mettre en évidence une molécule clé dans l’assimilation du glucose, qui interagirait avec certaines protéines pour modifier leur activité. Ce mécanisme cellulaire pourrait jouer un rôle majeur dans le contrôle de plusieurs maladies.
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Les cellules sont les plus petites unités structurales et fonctionnelles des êtres vivants. Au XVIIe siècle, grâce à un microscope de son invention, Robert Hooke a eu le privilège de les observer pour la première fois dans une écorce d'arbrearbre. Au vu de leur forme, il leur a donné le nom de « cellules » en référence aux petites pièces carrées des prisons. On sait aujourd'hui qu'elles peuvent prendre des aspects très différents, allant du rond à l'étoileétoile en passant par le rectangle. Les recherches fleurissent sur le sujet et ont permis de percer certains secrets du fonctionnement de l’usine cellulaire.

Les organismes plus complexes contiennent des milliards de cellules aux structures et aux activités variées qui agissent de concert pour faire marcher le corps. Bien que portant toutes le même ADN, elles ont chacune un destin bien spécifique : les cellules immunitaires protègent, les globules rougesglobules rouges transportent l'oxygèneoxygène et les neuronesneurones font circuler les informations.

Dessin de cellules observées dans des coupes d'écorce d'arbre par Robert Hooke, en 1665. © DP

Dessin de cellules observées dans des coupes d'écorce d'arbre par Robert Hooke, en 1665. © DP

Niché dans le noyau cellulaire, l'ADNADN est tout d'abord transcrit en ARNARN, un procédé appelé transcriptiontranscription, puis est traduit en multiples protéinesprotéines qui font fonctionner la cellule : c'est la traduction. Cependant, deux cellules différentes, un neurone et un globule blancglobule blanc par exemple, ne lisent pas l'ADN de la même façon. En conséquence, elles ne produisent pas les mêmes protéines ou les fabriquent en quantités variables. En d'autres termes, le devenir d'une cellule est guidé, au moins en partie, par la manière dont elle exprime son ADN. Ce mécanisme de régulation de l'expression des gènes est influencé par les signaux de l'environnement.

Molécule centrale qui modifie les protéines

La régulation de la transcription n'est pourtant que la première ligne de contrôle de la synthèse et de l'activité des protéines. Au fil des années, les chercheurs ont mis en évidence la complexité de ce phénomène et ont montré qu'il pouvait intervenir à plusieurs niveaux. Certains signaux peuvent en effet induire des modifications de l'ARN ou des protéines elles-mêmes. Elles peuvent par exemple recevoir des groupes alkyle, acétyle ou phosphate, ce qui entraîne un changement de leurs actions, de leur stabilité ou de leur localisation. Des chercheurs de l'Institut de recherche Scripps, en Californie, viennent d'identifier un autre type de modification protéique. Leur étude, publiée dans la revue Science, pourrait expliquer l'origine de certaines maladies comme le cancercancer ou le diabètediabète.

Au cours de ces travaux, les chercheurs se sont intéressés à une moléculemolécule appelée acideacide 1,3-diphosphoglycérique (1,3-DPG). Cette dernière joue un rôle central dans la cellule, car elle intervient dans la glycolyseglycolyse, la voie métabolique principale d'assimilation du glucose et de production de l'énergieénergie nécessaire au fonctionnement cellulaire. D'autre part, sa structure chimique suggère qu'elle peut interagir et modifier la fonction de certaines protéines. Leur première expérience a révélé qu'ils avaient vu juste. En effet, le 1,3-DPG peut interagir et modifier l'activité de la glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH), l'enzymeenzyme de la glycolyse impliquée dans sa production. Plus spécifiquement, le 1,3-DPG se lie à un résidu lysinelysine du GAPDH et inhibe son action. Selon les auteurs, ce mécanisme d'autorégulation permettrait de bloquer la glycolyse en cas d'excès de glucoseglucose.

Un mécanisme clé de régulation des protéines ?

Grâce à une technologie développée en laboratoire, les scientifiques ont scruté l'ensemble de la cellule et ont montré que le 1,3-DPG pouvait réagir avec de nombreuses protéines, dont certaines n'intervenant pas dans la glycolyse. « Nos résultats montrent que cette réaction se produit fréquemment, nous l'avons identifiée dans de nombreux endroits de la cellule : à la fois dans le cytosol et le noyau, et même dans la membrane », explique Raymond Moellering, participant à cette étude. Ce mécanisme représenterait ainsi un mode de régulation clé de l'activité d'un grand nombre de protéines.

Des maladies, telles que le cancer ou le diabète, sont associées à un dérèglement du métabolismemétabolisme d'assimilation du glucose. « Les cellules cancéreuses par exemple utilisent 20 fois plus de glucose que les autres », souligne le chercheur. D'après lui, il serait donc possible que le 1,3-DPG influence le développement de ces maladies. Des travaux sont désormais en cours pour explorer cette hypothèse.