De nombreuses maladies affectant le cerveau et le système nerveux sont liées à la formation d’agrégats de protéines, ou condensats solides, dans les cellules à partir de leur condensat sous forme liquide, mais on sait peu de choses sur ce processus.
Cette transition liquide-solide peut déclencher la formation de ce que l’on appelle des fibrilles amyloïdes. Ceux-ci peuvent en outre former des plaques dans les neurones provoquant des maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer.
Les ingénieurs biomédicaux de l’Université de Sydney, en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Cambridge et de l’Université Harvard, ont développé des techniques optiques sophistiquées pour surveiller de près le processus par lequel ces agrégats de protéines se forment.
En testant une protéine associée à la sclérose latérale amyotrophique – la maladie SLA, qui a touché l’astrophysicien professeur Stephen Hawking –, les ingénieurs de Sydney ont surveillé de près la transition de cette protéine de sa phase liquide à sa phase solide.
« Il s’agit d’un grand pas en avant dans la compréhension fondamentale du développement des maladies neurogénératives », a déclaré le Dr Yi Shen, auteur principal de la recherche publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).
« Nous pouvons désormais observer directement la transition de ces protéines critiques du liquide au solide à l’échelle nanométrique, soit un millionième de mètre », a déclaré le Dr Daniele Vigolo, maître de conférences à l’École de génie biomédical et membre de l’Université. du Sydney Nano Institute.
Scan en microscopie confocale 3D d’un condensat de protéine FUS incubé pendant 24 heures montrant la structure noyau-coquille caractéristique dévoilée par cette recherche. Crédit : Université de Sydney
Les protéines forment régulièrement des condensats lors de la séparation des phases liquide-liquide dans un large éventail de fonctions biologiques critiques et saines, telles que la formation d’embryons humains. Ce processus facilite les réactions biochimiques où les concentrations de protéines sont critiques et favorise également des interactions protéine-protéine saines.
« Cependant, ce processus augmente également le risque d’agrégation dysfonctionnelle, où des agrégats malsains de protéines solides se forment dans les cellules humaines », a déclaré le Dr Shen, chercheur ARC DECRA à l’École de génie chimique et biomoléculaire et également membre de Sydney. Nano.
« Cela peut conduire à des structures aberrantes associées aux maladies neurodégénératives, car les protéines ne présentent plus une réversibilité rapide vers la forme liquide. Il est donc crucial de surveiller la dynamique des condensats, car ils affectent directement les états pathologiques », a-t-elle déclaré.
La première observation optique à l’échelle nanométrique de ce processus a permis à l’équipe de déterminer que la transition de la protéine liquide à la protéine solide commence à l’interface des condensats protéiques. Cette fenêtre sur la transition de phase a également révélé que les structures internes de ces agglomérats de protéines sont hétérogènes, là où on les pensait auparavant homogènes.
Le Dr Vigolo a déclaré : « Nos résultats promettent d’améliorer considérablement notre compréhension des maladies neurogénératives d’un point de vue fondamental.
« Cela signifie un nouveau domaine de recherche prometteur pour mieux comprendre comment la maladie d’Alzheimer et la SLA se développent dans le cerveau, affectant des millions de personnes dans le monde. »
Plus d’information:
Yi Shen et al, La transition liquide-solide du FUS est favorisée par la surface du condensat, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2301366120