La guerre contre la maladie: revisiter les vieux repaires
Malgré le flot ininterrompu de découvertes de la science médicale, un certain nombre de maladies très médiatisées sont encore des chercheurs de renard. Aujourd'hui, les scientifiques recherchent de nouveaux indices sur des chemins bien tracés.
Alors que les scientifiques approfondissent les mécanismes qui se cachent sous des conditions difficiles à traiter telles que le diabète et la maladie d'Alzheimer, ils s'éloignent des limites de la science, cherchant des fils lâches et enfonçant leurs doigts dans des recoins faiblement éclairés.
Mais comme les réponses sous des angles nouveaux ne sont pas toujours disponibles, il vaut la peine de doubler de temps en temps, d'ouvrir de vieilles portes et de revisiter des visages familiers.
Récemment, par exemple, un nouvel organe a été «découvert» caché à la vue de tous. L’interstitium - un système de sacs remplis de liquide - est désormais considéré comme l’un des plus grands organes du corps.
Auparavant, l'interstitium était considéré comme assez insignifiant; un peu plus que du papier de colle anatomique soutenant les organes appropriés faisant un bon travail. Mais lorsque les techniques d'imagerie de pointe se sont concentrées, sa taille et son importance sont devenues claires.
À présent, les scientifiques se demandent ce que cela peut nous apprendre sur l’œdème, la fibrose et la capacité gênante du cancer à se propager.
Dans la recherche, tout le monde sait qu'aucune pierre ne doit être laissée de côté. L'interstitium, cependant, nous rappelle qu'ils doivent être tournés plusieurs fois et à intervalles réguliers.
Dans cet article, nous couvrons certains aspects familiers de la biologie cellulaire qui sont revisités et fournissent des moyens inconnus de comprendre la maladie.
Microtubules: plus que des échafaudages
Le cytoplasme de chaque cellule est parcouru par un réseau complexe de protéines appelé cytosquelette, un terme inventé pour la première fois par Nikolai Konstantinovich Koltsov en 1903. L'un des principaux constituants du cytosquelette est de longues protéines tubulaires appelées microtubules.
Les microtubules aident à maintenir la cellule rigide, mais ils jouent également un rôle central dans la division cellulaire et le transport des composés autour du cytoplasme.
Le dysfonctionnement des microtubules a été associé à des maladies neurodégénératives, dont les deux principales: les maladies de Parkinson et d’Alzheimer.
Les enchevêtrements neurofibrillaires, qui sont des fils anormalement tordus d’une protéine appelée tau, sont l’une des caractéristiques de la maladie d’Alzheimer. Habituellement, en conjonction avec des molécules de phosphate, tau aide à sécuriser les microtubules. Dans les neurones d'Alzheimer, cependant, les protéines tau transportent jusqu'à quatre fois plus de phosphate que la normale.
L'hyperphosphorylation réduit la stabilité et la vitesse de fabrication des microtubules, et peut également entraîner le démontage des microtubules.
On ne comprend pas exactement comment cette modification de la production de microtubules conduit à la neurodégénérescence, mais les chercheurs souhaitent voir si une intervention dans ces processus pourrait un jour aider à traiter ou à prévenir la maladie d'Alzheimer.
Les problèmes avec les microtubules ne sont pas réservés uniquement aux affections neurologiques. Depuis les années 1990, les scientifiques se demandent s'ils pourraient être à l'origine de changements cellulaires menant à une crise cardiaque.
L'étude la plus récente sur cette question a conclu que les modifications chimiques du réseau de microtubules des cellules cardiaques les rendaient plus rigides et moins capables de se contracter comme elles le devraient.
Les auteurs pensent que la conception de médicaments ciblant les microtubules pourrait éventuellement être un moyen viable «d'améliorer la fonction cardiaque».
Au-delà de la centrale
Si vous n'avez appris qu'une seule chose en cours de biologie, il est probable que «les mitochondries sont les moteurs de la cellule». Entrevues pour la première fois dans les années 1800, les scientifiques d'aujourd'hui se demandent si les mitochondries pourraient être de mèche avec une gamme de maladies.
Le rôle des mitochondries dans la maladie de Parkinson a reçu le plus d’attention.
En fait, au fil des ans, diverses échecs mitochondriaux ont été impliqués dans le développement de la maladie de Parkinson.
Par exemple, des problèmes peuvent survenir dans les voies chimiques complexes qui génèrent de l'énergie dans les mitochondries, et des mutations peuvent se produire dans l'ADN mitochondrial.
En outre, les mitochondries peuvent être endommagées par une accumulation d'espèces réactives de l'oxygène qui sont produites comme sous-produit de la production d'énergie.
Mais comment ces échecs produisent-ils les symptômes distincts de la maladie de Parkinson? Les mitochondries sont, après tout, dans pratiquement toutes les cellules du corps humain.
La réponse semble résider dans le type de cellules affectées dans la maladie de Parkinson: les neurones dopaminergiques. Ces cellules sont particulièrement sensibles au dysfonctionnement mitochondrial. En partie, cela semble être dû au fait qu'ils sont particulièrement sensibles aux attaques oxydantes.
Les neurones dopaminergiques sont également fortement dépendants du calcium, un élément sur lequel les mitochondries surveillent. Sans contrôle du calcium mitochondrial, les cellules nerveuses dopaminergiques souffrent de manière disproportionnée.
Un rôle mitochondrial dans le cancer a également été discuté. Les cellules malignes se divisent et se répliquent de manière incontrôlée; ceci est énergétiquement coûteux, ce qui fait des mitochondries les principaux suspects.
Au-delà de la capacité des mitochondries à générer de l'énergie pour les cellules cancéreuses, elles aident également les cellules à s'adapter à des environnements nouveaux ou stressants. Et, parce que les cellules cancéreuses ont une capacité étrange à se déplacer d'une partie du corps à une autre, à s'installer et à continuer à se multiplier sans s'arrêter pour respirer, les mitochondries sont aussi des méchants présumés ici.
Outre la maladie de Parkinson et le cancer, il est prouvé que les mitochondries pourraient également jouer un rôle dans le développement de la stéatose hépatique non alcoolique et de certaines affections pulmonaires. Nous avons encore beaucoup à apprendre sur la manière dont ces organites industrieux influencent la maladie.
Le prochain niveau du microbiome
Les bactériophages sont des virus qui attaquent les bactéries. Et, avec l'intérêt accru pour les bactéries intestinales, il n'est pas surprenant que les bactériophages aient commencé à soulever les sourcils. Si les bactéries peuvent influencer la santé, quelque chose qui les tue le peut certainement aussi.
Les bactéries, présentes dans tous les écosystèmes de la planète, sont notoirement nombreuses. Les bactériophages, cependant, sont plus nombreux qu'eux; un auteur les qualifie de «pratiquement omniprésents».
L’influence du microbiome sur la santé et la maladie est un réseau complexe d’interactions que nous commençons à peine à démêler.
Et lorsque le virome - nos virus résidents - est ajouté au mélange, il devient exponentiellement labyrinthique.
Sachant à quel point les bactéries sont importantes dans la maladie et la santé, il suffit d'un petit saut d'imagination pour considérer comment les bactériophages - qui sont spécifiques à différentes souches de bactéries - peuvent un jour être médicalement utiles.
En fait, les bactériophages ont été utilisés pour traiter les infections dans les années 1920 et 1930. Ils sont tombés en disgrâce principalement parce que des antibiotiques, plus faciles et moins chers à stocker et à produire, sont apparus sur les lieux.
Mais avec le danger de la résistance aux antibiotiques qui fait son apparition, un retour vers la thérapie bactériophage pourrait être envisagé.
Les bactériophages ont également l’avantage d’être spécifiques à une bactérie, par opposition à un large éventail d’antibiotiques sur de nombreuses espèces.
Bien que le regain d'intérêt pour les bactériophages soit nouveau, certains voient déjà un rôle potentiel dans la lutte contre «les maladies cardiovasculaires et auto-immunes, le rejet de greffe et le cancer».
Mis à la dérive sur des radeaux lipidiques
Chaque cellule est recouverte d'une membrane lipidique qui permet à certains produits chimiques d'entrer et de sortir tout en bloquant les chemins des autres. Loin d'être un simple sac rempli de morceaux, les membranes lipidiques sont des entités complexes et riches en protéines.
Au sein du complexe membranaire, les radeaux lipidiques sont des îlots discrets où les canaux et autres équipements cellulaires se rassemblent. Le but exact de ces structures est vivement débattu, mais les scientifiques s'emploient à comprendre ce qu'ils pourraient signifier pour un certain nombre de conditions, y compris la dépression.
Des enquêtes récentes ont conclu que la compréhension de ces régions pourrait nous aider à comprendre le fonctionnement des antidépresseurs.
Les protéines G - qui sont des commutateurs cellulaires transmettant des signaux - se désactivent lorsqu'elles dérivent dans des radeaux lipidiques. Lorsque leur activité diminue, la décharge neuronale et la communication sont réduites, ce qui, théoriquement, pourrait provoquer certains symptômes de dépression.
D'un autre côté, il a été démontré que les antidépresseurs déplacent les protéines G des radeaux lipidiques, réduisant ainsi les symptômes dépressifs.
D'autres études ont étudié le rôle potentiel des radeaux lipidiques dans la résistance aux médicaments et les métastases dans le cancer du pancréas et de l'ovaire, ainsi que le ralentissement cognitif sur la voie de la maladie d'Alzheimer.
Bien que la structure à double couche de la membrane lipidique ait été découverte pour la première fois au milieu du siècle dernier, les radeaux lipidiques sont un ajout relativement nouveau à la famille cellulaire. De nombreuses questions sur leur structure et leur fonction sont encore sans réponse.
Les bonnes choses viennent en petits paquets
En bref, les vésicules extracellulaires sont de minuscules emballages qui transportent des produits chimiques entre les cellules. Ils aident à communiquer et participent à des processus aussi variés que la coagulation, le vieillissement cellulaire et la réponse immunitaire.
Parce qu'ils véhiculent des messages dans le cadre d'un si large éventail de voies, il n'est pas étonnant qu'ils aient le potentiel de mal tourner et de se retrouver impliqués dans la maladie.
En outre, comme ils peuvent transporter des molécules complexes, y compris des protéines et de l'ADN, il y a toutes les chances qu'ils transportent des matériaux spécifiques à une maladie - comme les protéines impliquées dans les maladies neurodégénératives.
Les tumeurs produisent également des vésicules extracellulaires et, bien que leur rôle ne soit pas encore entièrement compris, il est probable qu'elles aident le cancer à s'installer dans des endroits éloignés.
Si nous pouvons apprendre à lire ces signaux de fumée intercellulaires, nous pourrions avoir un aperçu d'une myriade de processus pathologiques. En théorie, tout ce que nous devons faire est de les exploiter et de casser le code - ce qui, bien sûr, sera un défi monumental.
Sous le pli
Si vous avez suivi la biologie, vous pouvez avoir un faible souvenir du réticulum endoplasmique (RE) agréable à prononcer. Vous vous souviendrez peut-être également qu'il s'agit d'un réseau interconnecté de sacs aplatis dans le cytoplasme, nichés près du noyau.
Le RE - aperçu pour la première fois au microscope à la fin des années 1800 - replie les protéines et les prépare à la vie dans l'environnement hostile à l'extérieur de la cellule.
Il est essentiel que les protéines soient correctement repliées; s'ils ne le sont pas, l'urgence ne les transportera pas jusqu'à leur destination finale. En période de stress, lorsque l'urgence fait des heures supplémentaires, des protéines mal repliées ou dépliées peuvent s'accumuler. Cela déclenche une soi-disant réponse protéique dépliée (UPR).
Un UPR tente de remettre en ligne le fonctionnement cellulaire normal en éliminant l'arriéré de protéines dépliées. Pour ce faire, il empêche la production supplémentaire de protéines, décompose les protéines mal repliées et active la machinerie moléculaire qui peut aider à se fissurer avec un certain repliement.
Si l'urgence ne parvient pas à se remettre sur les rails et que l'EPU ne parvient pas à remettre la situation protéique de la cellule en ligne, la cellule est marquée pour la mort par apoptose, un type de suicide cellulaire.
Le stress aux urgences et l'EPU qui en a résulté ont été impliqués dans une série de maladies, dont le diabète.
L'insuline est fabriquée par des cellules bêta pancréatiques, et comme la production de cette hormone varie au cours d'une journée, la pression sur le RE augmente et diminue - ce qui signifie que ces cellules dépendent d'une signalisation UPR efficace.
Des études ont montré qu'une glycémie élevée exerce une pression accrue sur la synthèse des protéines. Si l'UPR ne parvient pas à remettre les choses sur les rails, les cellules bêta deviennent dysfonctionnelles et meurent. À mesure que le nombre de cellules bêta diminue, l'insuline ne peut plus être créée en cas de besoin et le diabète se développera.
Ce sont des moments fascinants pour s'impliquer dans la science biomédicale, et comme le prouve ce bref aperçu, nous avons encore beaucoup à apprendre, et couvrir de vieux terrains peut être tout aussi utile que de se tailler de nouveaux horizons.
