Toutes les cellules utilisent de nombreux mécanismes de contrôle de qualité différents afin de garantir la fonctionnalité et la stabilité de leur diversité protéique respective. Dans le domaine scientifique, ce processus est appelé protéostase. La protéostase est composée des deux termes protéome (ensemble des protéines qu’une cellule peut produire) et homéostasie (équilibre). Dans le meilleur des cas, les protéines d’une cellule donnée sont donc toujours correctement repliées et présentes en quantité adéquate. Malgré tous ces nobles efforts, notre corps ne parvient pas à garantir cet optimum. Nous te montrons dans cet article ce que le vieillissement et certaines maladies associées à l’âge ont à voir avec une perte de protéostase .
De l’ADN à la chaîne jusqu’à la protéine
Nous devons d’abord mieux comprendre la structure moléculaire des protéines. Chaque protéine est fabriquée de manière similaire. La première étape, également appelée transcription , a lieu dans le noyau cellulaire et désigne la lecture et la copie du plan de construction à partir de l’ADN – notre substance héréditaire.
Ensuite, cette information recopiée est transportée hors du noyau cellulaire, ainsi qu’une traduction (traduction). 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 séquence lâche d’acides aminés est appelée structure primaire.
Afin que les protéines en structure primaire puissent maintenant commencer leur travail, 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 qui, en raison de sa forme typique, est appelée hélice alpha. Cette forme est la structure secondaire la plus fréquente. Par d’autres étapes de repliement, les protéines acquièrent une forme tridimensionnelle – la structure tertiaire. Dans cet état, elles se lient et collaborent avec d’autres protéines.
Le savais-tu ? Le premier acide aminé découvert fut la cystine, en 1810.Jusqu’en 1953, il fallut attendre pour qu’une protéine entière soit déchiffrée dans sa séquence d’acides aminés (structure primaire). Frederic Sanger parvint à déchiffrer la séquence d’acides aminés de l’insuline .
Chaperons – Les chaperons de notre corps
Tu peux voir sur le schéma que la séquence d’acides aminés en tant que structure primaire ne suffit pas. Pour que les protéines de notre corps puissent accomplir leurs tâches, elles ont besoin de plusieurs étapes intermédiaires. Ce n’est qu’au niveau de la structure tertiaire que les acides aminés forment une structure tridimensionnelle fonctionnelle. Avant d’y parvenir, un travail considérable est nécessaire.
Il faut créer de nouvelles liaisons et des ponts contenant du soufre se forment entre certains acides aminés.Tout cela devient très complexe et est extrêmement sujet aux erreurs. Une mauvaise liaison et la protéine est non fonctionnelle. C’est pourquoi il existe plusieurs contrôles de qualité dans notre corps, qui sont censés garantir que tout est en ordre.
L’un de ces contrôles de qualité est constitué par les chaperons. Si quelqu’un s’intéresse à l’Angleterre et à la langue, la signification est souvent déjà claire. Petit indice : le terme est très souvent utilisé dans la série à succès de Netflix « Bridgerton ».
Un chaperon est donc une femme plus âgée qui accompagne une plus jeune en tant que protectrice. Une chaperonne anglaise est alors dans le corps quelque chose comme une protéine de chaperon. Elle aide d’une part les nouvelles protéines à se replier, et d’autre part les protéines endommagées à se replier correctement à nouveau.
Le savais-tu ? Combien de protéines existe-t-il dans le monde ? La complexité de l’architecture des protéines est difficile à appréhender. C’est pourquoi des scientifiques ont développé une intelligence artificielle capable de prédire avec une grande probabilité la forme tridimensionnelle d’une protéine. « AlphaFold » a pu prédire, rien qu’en 2022, 215 millions de protéines et leur structure tertiaire. 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 être développés plus rapidement à l’avenir
Perte de la protéostase – comment se forment les protéines mal repliées ?
Entre 40 et 80 % de toutes les protéines sont mal repliées et ont besoin d’aide. C’est un nombre énorme. Il existe plusieurs facteurs qui peuvent avoir un impact négatif sur la structure des protéines. Ceux-ci incluent les rayonnements ultraviolets, les métaux lourds, la chaleur ou l’éthanol. En particulier pour les denrées alimentaires ou les compléments alimentaires , il est donc important de prêter attention aux certificats correspondants.
Protéostase – comment le corps se défend
La protéostase comprend plusieurs dispositifs visant à maintenir l’équilibre. Pour des raisons de clarté, nous concentrons notre attention sur deux des mécanismes les plus importants. En réaction aux influences environnementales nocives, la cellule produit en plus grande quantité des protéines de la famille des protéines de choc thermique. Ce sont des protéines très résistantes qui, dans des situations de stress cellulaire, peuvent stabiliser d’autres protéines. Elles y parviennent en interaction avec des chaperons.
Si la stabilisation ou la restauration du repliement correct n’aboutit pas, les protéines sont d’abord inutilisables et doivent être éliminées. Ce que l’usine d’incinération des déchets ou le centre de recyclage prend en charge chez nous est assuré dans le corps par le protéasome. Avec une petite protéine appelée ubiquitine (Ub), la molécule défectueuse est marquée plusieurs fois, dégradée et décomposée en acides aminés individuels.
Tous ces systèmes fonctionnent de manière coordonnée en vue de la restauration ou de l’élimination des protéines mal repliées. Le corps est ainsi capable d’empêcher l’accumulation de composants endommagés et d’assurer le renouvellement continu des protéines intracellulaires. Un autre élément de notre système interne d’élimination des déchets cellulaires est l’ autophagie, que nous te présenterons plus en détail comme le 12e Hallmark of Aging.
Voilà pour la théorie.En pratique, il n’existe malheureusement aucune garantie que ces mécanismes sophistiqués fonctionnent en permanence. Le mot-clé « temps » nous amène déjà au point suivant.
Le saviez-vous ? Il existe différentes protéines de choc thermique dans notre corps. Elles sont classées en fonction de leur poids. Comme leur nom l’indique, elles sont entre autres activées par la chaleur. L’un des meilleurs moyens pour cela sont les cabines infrarouges ou les séances de sauna. Une augmentation de la concentration en protéines de choc thermique s’accompagne d’une série de bienfaits pour la santé.
Dans une étude, les chercheurs ont pu montrer que des valeurs plus élevées de Hsp70 pouvaient réduire le médiateur inflammatoire interleukine-10.C’est ainsi que les chercheurs expliquent pourquoi le sauna peut aider en cas d’ inflammations telles que l’arthrite.
Plis – excellents pour les protéines, un flop avec l’âge
Si, dans notre imaginaire, les rides sont un signe de vieillesse et donc plutôt connotées négativement, il en va, comme nous le savons désormais, exactement à l’inverse pour les protéines.
De nombreuses études ont montré que la protéostase se modifie avec l’augmentation de l’âge. La 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 augmente continuellement en raison de l’allongement de l’espérance de vie.
La production de chaperons en réponse au stress est en outre nettement réduite avec l’âge. Des études sur des modèles animaux étayent l’hypothèse selon laquelle la diminution des chaperons est à l’origine d’une réduction de l’espérance de vie. Des vers et des mouches, par exemple, génétiquement modifiés pour produire davantage de chaperons, sont particulièrement longévifs. Chez des souches de souris à longue durée de vie, on a également observé une régulation à la hausse de certaines protéines de choc thermique.
De plus, des études sur des cellules de mammifères montrent que une régulation à la hausse de SIRT1 améliore la réponse au choc thermique. SIRT1 appartient à la famille de gènes des sirtuines, qui, en raison de leurs nombreux effets liés au vieillissement, sont désignées comme des voies de longévité .De nombreuses autres expériences et études ont fourni des preuves scientifiques du lien entre la quantité de chaperons et la durée de vie – toutefois, les citer toutes dépasserait le cadre de cet article.
Proteostop
La recherche médico-biologique a donc déjà largement contribué à l’élucidation de la protéostase, mais existe-t-il déjà des approches concrètes pour enrayer l’affaiblissement lié à l’âge de la protéostase ? Il existe en effet de nombreuses études à ce sujet.
Une approche vise à activer la stabilité et le repliement des protéines médiés par les chaperons. Dans un modèle murin, l’induction médicamenteuse d’une protéine de choc thermique spécifique a préservé la fonction musculaire et ralenti la progression de certaines maladies musculaires.Dans d’autres organismes modèles, les chercheurs ont également utilisé des chaperons et ont ainsi amélioré des phénotypes liés à l’âge. Les chaperons de notre corps ne sont donc pas seulement des gentlewomen, mais aussi des combattantes en première ligne contre le vieillissement.
Un autre point d’approche concerne le protéasome et d’autres mécanismes qui servent à la dégradation des protéines défectueuses, car des études montrent que l’activité de ces systèmes diminue avec l’âge. Cela a été obtenu grâce à des enzymes sélectionnées qui ont exercé leur effet au sein de cette voie de signalisation complexe.
Une supplémentation alimentaire en spermidine a par exemple activé le système d’autophagie. On entend par là la dégradation de structures cellulaires endommagées (comme les protéines). De façon simplifiée, l’autophagie ressemble, par sa fonction, au protéasome que nous connaissons.
