Une nouvelle recherche dresse un tableau dynamique de la façon dont nous réagissons à des niveaux d’oxygène élevés ou faibles

Il suffit de retenir sa respiration un peu trop longtemps pour comprendre que trop peu d’oxygène est mauvais pour la santé. Mais peut-on aussi en avoir trop ? En effet, respirer de l’air dont le taux d’oxygène est supérieur à celui dont votre corps a besoin peut entraîner des problèmes de santé, voire la mort.

Mais avec peu de recherches sur le sujet, les scientifiques savent peu de choses sur la façon dont le corps détecte une trop grande quantité d’oxygène. Aujourd’hui, une nouvelle étude des Gladstone Institutes a considérablement élargi l’ensemble des connaissances scientifiques sur les mécanismes en jeu et sur leur importance pour la santé.

Leurs conclusions, rapportées dans la revue Avancées scientifiques, expliquez comment respirer de l'air avec différents niveaux d'oxygène (de trop peu à juste ce qu'il faut ou trop) affecte la création et la dégradation de différentes protéines dans les poumons, le cœur et le cerveau des souris. Notamment, l’étude met également en évidence une protéine particulière qui pourrait jouer un rôle central dans la régulation de la réponse des cellules à l’hyperoxie.

“Ces résultats ont des implications pour de nombreuses maladies différentes”, déclare Isha Jain, Ph.D., chercheuse adjointe de Gladstone, auteur principal de la nouvelle étude. “Plus d'un million de personnes aux États-Unis respirent chaque jour un supplément d'oxygène pour des raisons médicales, et des études suggèrent que cela pourrait aggraver la situation dans certains cas. Ce n'est qu'un exemple dans lequel notre travail commence à expliquer ce qui se passe et comment le corps réagit. “

Comprendre les effets de l'oxygène

La plupart des recherches antérieures sur les niveaux d’oxygène ont examiné les effets moléculaires d’un manque d’oxygène. Et même dans ce domaine, l’accent a été mis principalement sur la manière dont un faible taux d’oxygène affecte les gènes activés ou désactivés.

“Notre étude pénètre en territoire inconnu en utilisant des souris et en regardant en aval de l'expression des gènes dans laquelle les protéines s'accumulent ou se dégradent anormalement en réponse à différentes concentrations d'oxygène”, explique Kirsten Xuewen Chen, première auteure du nouvel article et étudiante diplômée à l'UC San Francisco.

La recherche s'appuie sur les travaux antérieurs de l'équipe, qui ont révélé qu'en réponse à une trop grande quantité d'oxygène, certaines protéines contenant des amas de fer et de soufre se dégradent, entraînant un dysfonctionnement des cellules.

“Maintenant, nous voulions avoir une image plus dynamique de la façon dont les protéines sont régulées lorsque les niveaux d'oxygène sont trop élevés ou trop faibles”, explique Chen.

Pour ce faire, l'équipe a exposé des souris pendant plusieurs semaines à de l'air contenant un niveau d'oxygène de 8 pour cent, 21 pour cent (le niveau habituel que nous respirons dans l'atmosphère terrestre) ou 60 pour cent. Pendant ce temps, ils ont donné aux souris de la nourriture contenant une forme distincte d’azote que le corps des animaux a incorporé dans de nouvelles protéines. Cet isotope de l'azote a agi comme un « étiquette » qui a permis aux chercheurs de calculer les taux de renouvellement des protéines (l'équilibre entre la synthèse et la dégradation des protéines) pour des milliers de protéines différentes dans les poumons, le cœur et le cerveau.

“Nous sommes reconnaissants envers nos collaborateurs qui sont experts dans cette technique, connue sous le nom de marquage isotopique stable des acides aminés chez la souris”, a déclaré Jain. “Sans cela, nous n'aurions pas pu réaliser cette étude.”

Une protéine clé s'accumule

Les chercheurs ont découvert que les niveaux d’oxygène affectaient de manière plus spectaculaire les protéines des poumons des souris que celles du cœur ou du cerveau. Ils ont identifié certaines protéines avec des taux de renouvellement anormaux phys.org/news/2023-03-oxygen-c … ls-tissues.html dans des conditions riches ou faibles en oxygène.

Une protéine particulière accumulée dans des conditions riches en oxygène, MYBBP1A, a attiré leur attention. MYBBP1A est un régulateur de transcription, ce qui signifie qu'il affecte directement l'expression des gènes.

“Cela a attiré notre attention car des recherches antérieures ont montré que d'autres facteurs de transcription appelés facteurs inductibles par l'hypoxie, ou HIF, jouent un rôle important dans la réponse des cellules à un faible taux d'oxygène”, explique Chen. “Notre travail désigne MYBBP1A pour un rôle connexe dans la signalisation de l'hyperoxie.”

MYBBP1A est impliqué dans la production de ribosomes, des « machines » cellulaires qui construisent des protéines. D'autres expériences ont révélé que, en réponse à des niveaux élevés d'oxygène, l'accumulation de cette protéine dans les poumons pourrait affecter la production d'ARN ribosomal, un composant clé des ribosomes.

L'équipe de Jain examine actuellement le rôle moléculaire précis de MYBBP1A au cours de l'hyperoxie, notamment si sa réponse est protectrice ou nocive. Ce travail pourrait ouvrir la voie à de nouveaux traitements ciblant la protéine MYBBP1A ou des molécules associées de manière à contrer les effets néfastes de l’hyperoxie, à l’instar des efforts de recherche généralisés ciblant les protéines HIF dans des conditions de faible teneur en oxygène.

La nouvelle étude présente un ensemble de données unique en son genre sur les taux de renouvellement des protéines dans différents tissus de souris exposées à différents niveaux d'oxygène. L’équipe espère que ses résultats inspireront d’autres chercheurs à étudier plus en profondeur les effets d’un excès ou d’un manque d’oxygène sur le corps, ce qui pourrait transformer la façon dont nous traitons les maladies.