Toutes les cellules utilisent une quantité de mécanismes de contrôle de qualité différents pour assurer la fonctionnalité et la stabilité de leur diversité protéique respective. Les spécialistes appellent ce processus la protéostasie. La protéostasie est composée des deux termes protéome (ensemble des protéines qu'une cellule peut produire) et homéostasie (équilibre). Dans le cas optimal, les protéines d'une seule cellule sont donc toujours pliées correctement et présentes en quantité toujours appropriée. Malgré tous les nobles efforts, notre corps ne parvient pas à garantir cet optimum. Nous te montrons dans cet article ce que le vieillissement et certaines maladies liées à l'âge ont à voir avec une perte de la protéostase .
De l'ADN à la protéine en passant par la chaîne
Pour commencer, nous devons avoir une meilleure compréhension de la structure moléculaire des protéines. Chaque protéine est fabriquée d'une manière similaire. La première étape, également appelée transcription , a lieu dans le noyau cellulaire et désigne la lecture et la transcription du plan de construction de l'ADN - notre matériel génétique.
Il y a ensuite un transport de cette information recopiée hors du noyau cellulaire, ainsi qu'une traduction (Translation). Cela signifie que le langage de l'ADN est traduit en langage protéique , c'est-à-dire que la protéine est assemblée sur la base du plan de construction de l'ADN. En premier lieu, une protéine est alors une longue chaîne linéaire d'acides aminés, semblable à un collier de perles. Cette succession lâche d'acides aminés est appelée structure primaire.
Pour que les protéines en structure primaire puissent commencer à travailler, elles doivent encore être repliées, ce qui est un processus très complexe. Tout d'abord, la chaîne protéique peut par exemple être torsadée, ce qui crée une spirale appelée hélice alpha en raison de sa forme typique. Cette forme est la structure secondaire la plus fréquente . Par d'autres étapes de pliage, les protéines atteignent une forme tridimensionnelle - la structure tertiaire. Dans cet état, elles s'associent et collaborent avec d'autres protéines.
Le saviez-vous? Le premier acide aminé découvert en 1810 fut la cystine. Il a fallu attendre 1953 pour qu'une protéine entière soit décryptée dans sa séquence d'acides aminés (structure primaire). Frederic Sanger a pu décrypter la séquence d'acides aminés de l'insuline .
Chaperons - les chaperons de notre corps
Tu vois sur le schéma que la séquence d'acides aminés en tant que structure primaire ne suffit pas. Pour que les protéines puissent accomplir leurs tâches dans notre corps, elles ont besoin de quelques étapes intermédiaires. C'est seulement dans la structure tertiaire que les acides aminés forment une structure tridimensionnelle qui est fonctionnelle. Avant d'en arriver là, ils ont besoin de beaucoup de travail.
Il faut établir de nouvelles liaisons et créer des ponts soufrés entre certains acides aminés. L'ensemble devient très complexe et est extrêmement sujet aux erreurs. Une liaison erronée et la protéine n'est plus fonctionnelle. C'est pourquoi il existe plusieurs contrôles de qualité dans notre corps, qui doivent garantir que tout est correct.
L'un de ces contrôles de qualité est la chaperone. Si quelqu'un s'intéresse à l'Angleterre et à la langue, la signification est souvent déjà claire. Petite astuce : il est très souvent utilisé dans la série à succès de Netflix "Bridgerton".
Un chaperon est donc une femme plus âgée qui accompagne une femme plus jeune en tant que protectrice. Un chaperon d'Angleterre est alors dans le corps quelque chose comme une protéine de la bienséance. Elle aide d'une part les nouvelles protéines à se plier ou les protéines cassées à se replier correctement.
Le saviez-vous ? Combien de protéines y a-t-il dans le monde ? La complexité de l'architecture des protéines est difficile à appréhender. C'est pourquoi les scientifiques ont développé une intelligence artificielle capable de prédire avec une grande probabilité la forme tridimensionnelle d'une protéine. "AlphaFold" a pu prédire 215 millions de protéines et leur structure tertiaire pour la seule année 2022. Le travail des chercheurs de Bael est considéré comme l'un des plus importants de ces dernières années, car, grâce à l'intelligence artificielle, les médicaments et les vaccins pourront ainsi être développés plus rapidement à l'avenir
La perte de protéostasie - comment se fait-il que les protéines soient mal repliées?
Entre 40 et 80% de toutes les protéines sont mal repliées et ont besoin d'aide. C'est un nombre énorme. Certains facteurs peuvent avoir un effet négatif sur la structure des protéines. Il s'agit notamment des rayons ultraviolets, des métaux lourds, de la chaleur ou de l'éthanol. C'est pourquoi il est important de veiller à ce que les produits alimentaires ou les compléments alimentaires soient accompagnés des certificats correspondants.
La protéostasie : comment le corps se défend
La protéostasie regroupe un certain nombre de dispositifs dans un effort de maintien de l'équilibre. Pour des raisons de clarté, nous nous concentrerons sur deux des mécanismes les plus importants. En réaction à des influences environnementales néfastes, la cellule produit davantage de protéines de la famille des chocs thermiques. Ce sont des protéines très résistantes qui peuvent stabiliser d'autres protéines dans des situations de stress cellulaire. Elles y parviennent en interaction avec des chaperons.
Si la stabilisation ou le rétablissement du repliement correct ne réussit pas, les protéines sont d'abord inutilisables et doivent être éliminées. Ce qui, chez nous, est pris en charge par l'usine d'incinération des déchets ou le centre de recyclage, est effectué dans le corps par le protéasome. Avec une petite protéine appelée ubiquitine (Ub), la molécule défectueuse est marquée plusieurs fois, dégradée et décomposée en ses différents acides aminés.
Tous ces systèmes travaillent de manière coordonnée dans le sens d'une restauration ou d'une élimination des protéines mal repliées. Ainsi, le corps est en mesure d'empêcher l'accumulation de composants endommagés et d'assurer le renouvellement continu des protéines intracellulaires. Un autre élément de notre système d'élimination des déchets à l'intérieur des cellules est la autophagie, que nous te présentons plus en détail en tant que 12ème Hallmark of Aging.
Voilà pour la théorie. Dans la pratique, il n'y a malheureusement aucune garantie que ces mécanismes sophistiqués fonctionnent à tout moment. Le mot-clé temps nous amène déjà au point suivant.
Le saviez-vous ? Il existe différentes protéines de choc thermique dans notre corps. Ils sont classés en fonction de leur poids. Comme leur nom l'indique, ils sont activés entre autres par la chaleur. L'un des meilleurs moyens d'y parvenir sont les cabines infrarouges ou les saunas. L'augmentation de la concentration en protéines de choc thermique s'accompagne d'un certain nombre de bienfaits pour la santé.
Dans une étude, les chercheurs ont montré que des niveaux plus élevés de Hsp70 pouvaient réduire le médiateur inflammatoire interleukine-10. Les chercheurs expliquent ainsi pourquoi le sauna peut aider en cas de inflammations comme l'arthrite.
Rides - top avec les protéines, flop avec l'âge
Si, dans notre imaginaire, les rides sont un signe de vieillesse et ont donc une connotation plutôt négative, nous savons maintenant que c'est l'inverse pour les protéines.
De nombreuses études ont montré que la protéostase se modifie avec l'âge. L' accumulation chronique de protéines mal repliées ou non repliées contribue au développement de certaines maladies liées à l'âge comme la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la cataracte. La fréquence de ces pathologies ne cesse d'augmenter en raison de l'allongement de l'espérance de vie.
La production de chaperons en réponse au stress est en outre nettement diminuée avec l'âge. Des études sur des modèles animaux soutiennent l'hypothèse selon laquelle la chute des chaperons est à l'origine d'une durée de vie réduite. Les vers et les mouches génétiquement modifiés, par exemple, qui produisent davantage de chaperons, ont une durée de vie particulièrement longue. On a également constaté une régulation élevée de certaines protéines de choc thermique chez des souches de souris à longue durée de vie.
De plus, des études sur des cellules de mammifères montrent que une régulation élevée de SIRT1 améliore la réponse au choc thermique. SIRT1 appartient à la famille de gènes des Sirtuines, appelées Voies de longévité en raison des nombreux effets liés au vieillissement. De nombreuses autres expériences et études ont fourni des preuves scientifiques de la relation entre la quantité de chaperon et la durée de vie - les citer toutes dépasse cependant le cadre de cet article.
Proteostop
La recherche médico-biologique a donc déjà fait beaucoup de travail d'explication sur la protéostasie, mais existe-t-il déjà des pistes solides pour stopper l'affaiblissement de la protéostasie lié à l'âge ? En fait, il existe de nombreuses études à ce sujet.
Une approche vise à activer la stabilité et le repliement des protéines médiés par des chaperons. Dans un modèle de souris, l'induction médicamenteuse d'une protéine de choc thermique spécifique a permis de préserver la fonction musculaire et de ralentir la progression de certaines maladies musculaires. Dans d'autres organismes modèles, les chercheurs ont également utilisé des chaperons, améliorant ainsi les phénotypes liés à l'âge. Les chaperons de notre corps ne sont donc pas seulement des gentlewomen, mais aussi des combattants en première ligne contre l'âge.
Un autre point de départ est le protéasome et d'autres mécanismes qui servent à la dégradation des protéines cassées, car des études montrent que l'activité de ces systèmes diminue avec l'âge. Nous y sommes parvenus avec des enzymes sélectionnées qui ont déployé leur action au sein de cette voie de signalisation complexe.
Un complément alimentaire contenant de la spermidine a par exemple activé le système d'autophagie. On entend par là la dégradation de structures cellulaires endommagées (comme les protéines). Pour simplifier, l'autophagie ressemble dans sa fonction au protéasome que nous connaissons.
