De nouvelles méthodes d’imagerie révèlent que les grappes ribosomes se spécialisent dans la production de protéines

Lorsque nous pensons au plan de la vie, nous avons tendance à nous concentrer sur l’ADN – le code génétique stocké dans chaque cellule de notre corps. Mais l’ADN n’est qu’une partie de l’histoire. Pour que ces instructions comptent, elles doivent être lues et transformées en protéines – les molécules qui réalisent les activités de la vie.

C’est là que les ribosomes entrent en jeu. Une cellule moyenne de votre corps contient des millions de ribosomes, et elles sont essentielles à la vie.

Les ribosomes sont les machines moléculaires qui lisent le code génétique et produisent des protéines, des enzymes qui alimentent notre métabolisme aux anticorps qui luttent contre les infections.

Maria Barna, Ph.D., professeure agrégée de génétique, a consacré sa carrière à comprendre comment fonctionnent les ribosomes, comment ils se spécialisent pour produire différentes protéines et comment ils peuvent orienter les cellules en contrôlant quand et où les protéines sont fabriquées.

Récemment, Barna a publié un article dans la revue Science Détaillant deux nouvelles approches pour cartographier l’emplacement et le comportement des ribosomes – à une résolution unique de ribosome jamais possible.

Il est difficile de croire qu’à un moment donné, comme tant d’autres, Barna elle-même était une sceptique des ribosomes.

Comment les ribosomes sont passés de l’ignorance à

Dans le passé, les biologistes considèrent les ribosomes comme une machine passive – elle a fait un brin de matériel génétique et il assemblera la protéine correspondante.

“Je serai le premier à admettre que pendant longtemps, je pensais que les ribosomes n’allaient pas être intéressants pour contrôler les facettes clés de la biologie des cellules et des tissus”, a déclaré Barna.

Ensuite, les travaux de Barna et d’autres à partir du début des années 2000 ont montré que les changements dans les gènes ribosomes ont conduit à des défauts et des maladies de développement inhabituels. Les propres découvertes de Barna ont aidé à avancer le champ, montrant que les ribosomes pourraient être sélectifs, voire stratégiques, sur les protéines qu’ils produisent.

“Nous pensons qu’il n’y avait qu’un seul type de ribosome”, a-t-elle déclaré. “Maintenant, il semble qu’il pourrait y avoir des millions de variations, chacune avec des rôles différents dans différentes cellules et des couches sur des couches de régulation qui permettent aux ribosomes de jouer un rôle actif dans la régulation des cellules.”

Comment les ribosomes sont liés à la maladie

Les modifications du fonctionnement des ribosomes peuvent avoir des implications drastiques pour la santé humaine. Quelques exemples:

• Les bébés nés avec des mutations dans les gènes ribosomes ont souvent une maladie grave – certains manquent d’organes entiers ou souffrent de malformations osseuses; D’autres ont de sérieuses formes d’anémie.
• Des conditions comme la Alzheimer et la Parkinson sont liées à des touffes de protéines mal repliées, qui peuvent résulter d’une activité ribosome défectueuse.
• Les cellules cancéreuses ont souvent des ribosomes hyperactifs pour produire les protéines dont les tumeurs ont besoin d’une croissance rapide.

Nouvelles méthodes d’étude des ribosomes

Les ribosomes sont si minuscules – et si abondants dans les cellules – qui pencher les modèles précis dans lesquels ils se regroupent ont été difficiles avec la microscopie standard. L’équipe de Barna – dirigée par d’anciens étudiants diplômés Zijian Zhang, Ph.D., et Adele Xu, MD, Ph.D. – Développement de deux techniques de pointe pour étudier les ribosomes à un niveau de détail sans précédent:

• Riboexm (microscopie d’expansion du ribosome): Avec cette technique, les scientifiques ont intégré des cellules dans un gel spécial et les développer, ce qui permet de zoomer sur les ribosomes et de voir comment ils sont disposés avec des détails beaucoup plus fins.
• Alibi (étiquetage de proximité optogénétique): En utilisant la lumière pour activer les étiquettes moléculaires dans des zones spécifiques et petites de la cellule, les chercheurs peuvent isoler et étudier les ribosomes en fonction de leur emplacement. Cela révèle quelles protéines sont attachées à eux et quels messages génétiques ils lisent.

“Auparavant, nous pouvions voir des ribosomes comme ces points noirs sur toute une cellule, mais ne pouvaient pas vraiment les différencier”, a expliqué Barna, “ou voir comment l’un d’eux s’associe les uns aux autres ou avec des structures dans une cellule.”

Ce que les méthodes ont montré

En utilisant les techniques en tandem, Barna et ses collègues ont découvert que les ribosomes avec une forme de maquillage unique de grappes spécialisées pour produire des protéines près de leur besoin. Par exemple, les protéines nécessaires à la production d’énergie par les mitochondries – les puissances de la cellule – sont produites par des grappes de ribosomes situées très près des mitochondries.

“Cela conduit vraiment à une toute nouvelle façon de penser où les protéines sont fabriquées et comment”, a déclaré Barna.

Ils ont également montré, pour la première fois, comment les ribosomes sont disposés en neurones – une recherche qui pourrait éventuellement être la clé pour comprendre ce qui ne va pas dans les ribosomes pendant les maladies neurodégénératives.

Pourquoi cela pourrait changer la donne

Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont eu que des enquêtes rugueuses au niveau du sol sur l’activité des ribosomes – comme essayer de cartographier une forêt tout en se tenant au milieu. Ces nouvelles techniques sont comme le lancement de satellites haute résolution, permettant aux chercheurs de voir le paysage de la production de protéines dans des cellules avec une clarté remarquable.

Les données initiales recueillies avec Riboexm et Alibi soutiennent les preuves croissantes que les ribosomes ne sont pas tous créés égaux – leur composition peut varier entre les types de cellules et même dans une seule cellule, affectant les protéines faites quand et où.

La cartographie des ribosomes à ce niveau fin pourrait changer la façon dont nous comprenons et traitons de nombreuses maladies. En identifiant où et comment les ribosomes fonctionnent – et dysfonctionnement – les chercheurs peuvent commencer à développer des thérapies ciblant des sous-ensembles de ribosomes sans perturber la production de protéines à travers tout le corps.

Suivant pour l’étude des ribosomes

Le laboratoire de Barna prévoit d’affiner davantage leurs outils pour capturer l’activité ribosome plus en détail et dans des types de cellules plus divers.

Ils espèrent étudier comment la composition des ribosomes et les grappes changent en réponse à diverses maladies et conditions environnementales. Barna espère également comprendre comment la composition des ribosomes et l’activité changent avec le vieillissement – un moment où la production de protéines devient plus sujet aux erreurs et moins efficace.

Barna a déclaré que d’autres chercheurs ont déjà posé des questions sur l’utilisation de Riboexm et Alibi, et elle espère que les méthodes continueront de gagner du terrain.

“Cela établit une nouvelle barre pour le niveau de détail et de résolution qui devrait être attendue lors de l’étude des ribosomes à partir de maintenant”, a-t-elle déclaré.