Des chercheurs découvrent un nouveau mécanisme derrière la formation de vésicules membraneuses

Des chercheurs canadiens et américains ont découvert un nouveau mécanisme par lequel les vésicules membraneuses se forment. Ces nanoparticules autonomes piègent les protéines, l’ARN et d’autres molécules à l’intérieur ou à l’extérieur des cellules vivantes en tant que nutriments ou régulent le nombre de récepteurs hormonaux de la surface cellulaire, tels que ceux de l’insuline, pour contrôler la sensibilité des cellules aux hormones. Ils délivrent également des hormones protéiques à la surface des cellules où elles sont libérées dans les zones environnantes pour agir sur les cellules à distance. Ces processus sont essentiels au fonctionnement normal de nos cellules, et les troubles fonctionnels jouent un rôle dans de nombreuses maladies, notamment les cancers, les maladies cardiaques et les troubles neuropsychiatriques. Enfin, c’est le mécanisme par lequel les cellules absorbent les nanoparticules qui encapsulent les vaccins à ARNm.

Dans leur étude publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciencesDans l’étude, les chercheurs ont découvert que l’endocytose, le processus par lequel les molécules sont transportées dans les cellules, commence par la formation d’un « condenseur biomoléculaire ». Les condenseurs biomoléculaires sont un arrangement récemment découvert de protéines et d’ARN dans des gouttelettes liquides, rappelant les gouttelettes d’huile dans l’eau. Aux stades initiaux de l’endocytose cellulaire, certaines protéines se combinent au niveau des sites de nucléation de la membrane cellulaire, une structure bicouche de molécules phospholipidiques, comme des molécules de détergent qui constituent une structure en forme de bulle de savon des membranes cellulaires. En quelques secondes, un condensat se forme à la surface de la membrane, comme de la rosée à la surface d’un verre. À un moment critique, la membrane cellulaire se tord et diffuse dans le condenseur, se comprimant finalement pour former une vésicule sphérique. Comment la torsion de la membrane se produit a longtemps été un mystère, mais les chercheurs pensaient que la condensation interne de la cellule pourrait être la clé.

Pour comprendre comment l’endocytose cellulaire peut être initiée par un condenseur biomoléculaire, le premier auteur Louis-Philippe Bergeron-Sandoval de l’Université de Montréal a expliqué que la torsion membranaire doit avoir quelque chose à voir avec les propriétés matérielles des condenseurs.

Nous avons pensé qu’une combinaison de propriétés, y compris la force d’adhérence de sa surface, et la viscosité et la flexibilité du condensat, devrait générer une force sur la membrane, la faisant fléchir.

Dr.. Louis-Philippe Bergeron Sandoval, premier auteur

En collaboration avec ses collaborateurs Allen Ehrlich et Adam Hendricks de l’Université McGill, il a utilisé une méthode appelée microbiologie phototrap pour caractériser les propriétés viscoélastiques de la condensation interne. Fort de ces connaissances, le Dr Bergeron Sandoval a créé un modèle mathématique pour expliquer précisément comment la condensation interne force une membrane à se plier dans le condenseur pour former une vésicule naissante.

« Notre modèle peut être considéré en termes d’analogie mécanique », a déclaré l’auteur principal de l’étude, le biochimiste de l’UdeM Stephen Mechnick. « Imaginez une membrane en caoutchouc flexible collée à la surface d’un ballon en caoutchouc en expansion et remplie d’un liquide visqueux et caoutchouteux. Lorsque le ballon se dilate, son volume doit rester constant, de sorte que la membrane en caoutchouc est aspirée dans le ballon, déplaçant le volume gagné comme le ballon se dilate. » Le co-auteur principal Rohit a ajouté Babu, bio-ingénieur à l’Université de Washington à St. Louis : « Avant les premières présentations de notre modèle en 2017, ceux dans le domaine des suppresseurs biomoléculaires se sont concentrés sur la façon dont ces corps concentrent les protéines et l’ARN pour remplir des fonctions spécifiques. Notre étude démontre qu’une propriété émergente des condensateurs biomoléculaires est d’agir comme des « dispositifs à effet mécanique », capables d’effectuer des travaux sur d’autres matériaux pour façonner et organiser des cellules vivantes. »

Il reste encore beaucoup de travail à faire pour confirmer et étendre le rôle mécaniste des condensateurs biomoléculaires dans les processus de courbure des vésicules et d’autres membranes de formation de cellules et de transport de substances à l’intérieur et à l’extérieur. Les protéines qui composent la condensation endogène se lient à d’autres protéines impliquées dans les maladies neurodégénératives et les cancers. Des mutations de ces protéines modifient les propriétés matérielles des épaississants qui les forment et on pense que ces changements peuvent être la cause de la maladie. Des efforts sont maintenant en cours pour développer des médicaments qui empêchent ou inversent ces changements.