Un changement de paradigme pour la biologie cellulaire
Selon les informations rapportées par la source initiale, le collagène, cette protéine fondamentale responsable de la construction de la peau, des os, des tendons et des organes, n’adopte pas la forme de tige longue et rigide enseignée dans les manuels depuis un demi-siècle. Une nouvelle recherche menée par le Centre de régulation génomique (CRG) de Barcelone révèle qu’il existe plutôt sous la forme d’une gouttelette d’aspect liquide à l’intérieur des cellules.
Publiée dans la revue Journal of Cell Biology, cette trouvaille constitue la toute première observation directe de l’état naturel de la protéine la plus abondante du corps humain. Ce composant essentiel représente environ un tiers de la masse protéique totale de l’organisme. L’observation directe de son comportement interne bouleverse les connaissances établies.
Vivek Malhotra, professeur de recherche ICREA et auteur principal de l’étude au CRG de Barcelone, précise : « À l’intérieur d’une cellule, les collagènes ne sont pas des molécules rigides comme on l’avait supposé. Ils sont en fait très malléables, prenant une forme de condensat liquide un peu comme de l’huile dans une goutte d’eau. »
Cette conformation liquide inédite possède une fonction protectrice vitale pour l’organisme. Le rôle du collagène, une fois à l’extérieur de la cellule, est de s’assembler en fibres rigides pour maintenir les tissus ensemble. Si ce même processus survenait en interne, les conséquences seraient désastreuses. « C’est une autre façon par laquelle les cellules s’assurent que les collagènes ne deviennent probablement jamais fibreux à l’intérieur de la cellule, » indique Vivek Malhotra. Il ajoute pour souligner la gravité du processus : « Parce que s’il devenait fibreux, il tuerait la cellule. »
Une énigme vieille de soixante ans enfin résolue
L’énigme complexe de l’exportation de ce bloc de construction structurel fondamental vient trouver une explication, remettant en perspective des théories validées par un prix Nobel en 2013, basées sur des recherches menées dans les années 1980 et 1990. Ces anciens modèles impliquaient que les cellules utilisaient des récepteurs et des vésicules classiques pour le transport.
La fabrication du collagène se déroule dans un compartiment cellulaire spécifique nommé réticulum endoplasmique (RE). L’analyse scientifique s’est focalisée sur une forme précurseur appelée procollagène 1, qui mature ensuite en collagène de type 1. Ce dernier constitue une part massive de la structure humaine, représentant près de 90 % de la totalité du collagène de l’organisme.
Le paradoxe physique était de taille. Sous l’objectif d’un microscope, le collagène purifié s’apparente à une longue tige rigide pouvant atteindre 400 nanomètres de long. Cependant, les vésicules, ces sacs servant à transporter les protéines depuis leur site de synthèse vers l’extérieur de la cellule, mesurent seulement 60 à 90 nanomètres de diamètre. Depuis plus de cinquante ans, la biologie cellulaire cherchait à comprendre comment des molécules d’une telle envergure pouvaient être expulsées.
La réponse réside dans le fait que la protéine n’est pas encore une tige en interne. En utilisant l’imagerie de cellules vivantes à haute résolution sur des cellules étoilées hépatiques humaines, responsables de la production de collagène et de la cicatrisation dans la fibrose hépatique, l’équipe a démontré que le collagène se rassemble en petites gouttelettes. Ces dernières sont capables de fusionner, de se diviser et d’échanger de la matière avec leur environnement, agissant comme des condensats. Soumya Bhattacharyya, premier auteur de l’étude, souligne : « Nous commençons tout juste à comprendre les condensats à l’intérieur du réticulum endoplasmique. »
Les coulisses d’une observation inattendue en laboratoire
Les conclusions révolutionnaires actuelles ont émergé à partir d’images microscopiques capturées en mai 2024 par le Dr Soumya Bhattacharyya, chercheur postdoctoral au sein du laboratoire de Vivek Malhotra. Le scientifique utilisait alors le système de cellules hépatiques comme outil pour examiner les conséquences d’une production accrue de collagène dans les cellules fibrotiques.
Cette observation fortuite a surpris toute l’équipe de recherche. « Je n’avais aucune idée d’où cela mènerait. Mais quand nous avons pris les échantillons, ce qui m’a frappé, ce sont ces structures sphériques brillantes que vous ne pouvez pas manquer, » se souvient le Dr Bhattacharyya. Face à une telle remise en question des dogmes établis de la biologie cellulaire, la réaction initiale du laboratoire s’est avérée extrêmement sceptique.
Vivek Malhotra confesse d’ailleurs sa prudence des premiers jours : « J’ai pensé que ce devait être un artefact. » Durant les mois qui ont suivi cette découverte, les chercheurs ont dû procéder à des vérifications rigoureuses pour déterminer si ces amas protéiques observés dans le réticulum endoplasmique n’étaient pas simplement des déchets cellulaires.
Les cellules possèdent un système complexe pour détecter les protéines mal repliées, centré sur une protéine chaperonne nommée BiP, afin de les replier ou de les marquer pour la destruction. Si ces gouttelettes de collagène avaient été des amas de protéines mal repliées, des niveaux élevés de BiP auraient été détectés. Au lieu de cela, les chercheurs ont découvert que l’amas contenait un mélange de protéines auxiliaires, incluant des chaperonnes qui reconnaissent spécifiquement le collagène correctement replié.
Le rôle fondamental de la protéine TANGO1 dans l’exportation
Les recherches menées au sein de l’institut espagnol éclairent également la fonction précise de TANGO1. Il s’agit d’une protéine découverte par le laboratoire de Vivek Malhotra il y a environ deux décennies et reconnue comme indispensable à l’exportation du collagène. Lors des expériences d’épuisement de la protéine TANGO1, les gouttelettes de collagène se formaient toujours en interne mais ne se positionnaient plus aux sites de sortie du réticulum endoplasmique où la charge quitte le compartiment. La sécrétion de collagène a chuté en conséquence.
Cette observation cruciale suggère que TANGO1 opère comme un point d’amarrage maintenant la gouttelette au site d’exportation, plutôt que comme un récepteur de fret conventionnel. Les scientifiques avancent une hypothèse d’extrusion liquide, par laquelle le collagène quitte la cellule par un processus physique appelé mouillage, où la gouttelette liquide se fixe et s’écoule par la voie de sortie vers le compartiment suivant de la voie de sécrétion.
Vivek Malhotra propose deux hypothèses mécaniques physiques pour illustrer ce transfert complexe. « Imaginez que vous avez une balle en caoutchouc avec une buse, remplie de liquide. Vous la pressez, vous forcez le liquide à sortir de ce petit orifice. Est-ce là le mécanisme ? Ou le liquide monte-t-il par des forces capillaires, tout comme les nutriments remontent contre la gravité dans les plantes par action capillaire ? »
Si ce mécanisme d’extrusion de liquide par action capillaire demeure un modèle théorique pour l’instant, des expériences visant à obtenir une visualisation directe du phénomène d’exportation sont déjà en cours de réalisation. De plus, l’équipe de recherche prévoit de développer un modèle murin, en collaboration avec des partenaires externes, pour valider de manière définitive ces résultats sur des tissus vivants.
Des perspectives inédites pour le traitement des fibroses et des cancers
Si ce modèle de sécrétion novateur se confirme à l’avenir, il aura d’importantes répercussions sur la compréhension de la cicatrisation des plaies et le traitement de multiples affections pathologiques. L’excès de sécrétion de collagène joue en effet un rôle central dans l’apparition des fibroses du foie, des poumons et de la peau.
Les implications s’étendent également à l’oncologie, particulièrement concernant la matrice dense utilisée par les tumeurs pour se protéger de la chimiothérapie et du système immunitaire. Vivek Malhotra détaille ce mécanisme de défense tumoral pernicieux : « L’un des problèmes majeurs dans le cancer est que les cellules sécrètent tellement de collagènes et d’autres protéines à l’extérieur dans la matrice extracellulaire qu’elles se cachent dans une coquille faite de ces composants et deviennent chimio- et immunoréfractaires, ce qui signifie qu’elles ne sont pas vues par les thérapeutiques chimiques ou par le système immunitaire. »
Le chercheur précise l’objectif médical ambitieux de ces travaux fondamentaux : « Les gens essaient de trouver des moyens de briser ce ciment tissulaire et notre étude pourrait aider à éclairer ces stratégies. » Cette volonté d’innovation thérapeutique pourrait transformer l’approche de nombreuses maladies chroniques.
Le nouveau modèle de sécrétion de collagène suggère des pistes inédites à explorer en laboratoire. Les chercheurs estiment que la dégradation de la protéine TANGO1 pour bloquer la capture à la sortie, ou la dissolution directe du condensat pour empêcher l’organisation initiale de la charge, pourraient constituer de nouvelles stratégies de traitement. Pour toute question médicale, consultez un professionnel de santé qualifié.
Selon la source : phys.org
Des chercheurs découvrent que le collagène, protéine la plus abondante du corps humain, est liquide à l’intérieur des cellules
