Les progrès de la santé publique et de la médecine ont contribué à ce que les gens vivent aujourd’hui plus longtemps que jamais. Toutefois, ces années de vie supplémentaires sont souvent marquées par une mauvaise santé plutôt que par la vitalité. Bien que le vieillissement soit inévitable, il augmente considérablement le risque de nombreuses maladies chroniques, dont le cancer, le diabète et la maladie d’Alzheimer.
Comprendre pourquoi le vieillissement s’accompagne si souvent de maladies est la priorité du laboratoire dirigé par Kris Burkewitz, professeur assistant de biologie cellulaire et développementale. Son équipe cherche à savoir s’il est possible de dissocier le processus biologique du vieillissement du développement de maladies, dans le but d’aider les gens à rester en bonne santé jusqu’à un âge avancé. À cette fin, le laboratoire étudie comment les cellules organisent leurs structures internes, appelées organelles, et comment les modifications de ces structures influencent la performance des cellules, le métabolisme et le risque de maladie.
Une nouvelle façon pour les cellules de s’adapter au vieillissement
Dans une étude récemment publiée dans Nature Cell Biology, Burkewitz et ses collègues décrivent une nouvelle manière de réagir des cellules au vieillissement. Leur recherche montre que les cellules remodèlent activement le réticulum endoplasmique (RE), l’une des structures les plus grandes et les plus complexes au sein de la cellule. Au lieu de rester statique, le RE subit un processus de remodelage contrôlé au fur et à mesure que l’organisme vieillit.
L’équipe a découvert que ce remodelage se fait par un processus appelé phagie du RE. Au cours de la phagie du RE, les cellules dégradent sélectivement certaines zones du RE. L’identification de la phagie ER comme faisant partie du processus de vieillissement suggère qu’elle pourrait un jour devenir une cible pour des médicaments contre les maladies liées à l’âge, y compris les troubles neurodégénératifs et les maladies métaboliques.
Au-delà des composants cellulaires vers l’organisation cellulaire
« Alors que de nombreuses études antérieures ont documenté la manière dont les concentrations de différentes machineries cellulaires changent avec l’âge, nous nous concentrons plutôt sur la manière dont le vieillissement affecte la façon dont les cellules hébergent et organisent ces machineries au sein de leur architecture interne complexe », a déclaré Burkewitz.
Le bon fonctionnement d’une cellule ne dépend pas seulement des outils moléculaires qu’elle contient, mais aussi de la manière dont ces outils sont agencés. Burkewitz compare la cellule à une usine qui fabrique de nombreux produits compliqués. Même si toutes les machines nécessaires à la production sont présentes, l’efficacité dépend du fait que ces machines sont placées au bon endroit et dans le bon ordre. « Lorsque l’espace est limité ou que les exigences de production changent, l’usine doit réorganiser sa disposition pour fabriquer les bons produits », explique Burkewitz. « Si cette organisation s’effondre, la production devient très inefficace ».
Le RE joue un rôle central dans cette organisation cellulaire. Il forme un vaste réseau de feuillets et de tubes qui aide à produire des protéines et des lipides tout en servant d’échafaudage structurel pour le reste de la cellule. Malgré son importance, les scientifiques n’avaient jusqu’à présent qu’une compréhension limitée de la manière dont la structure du RE évolue avec l’âge des animaux.
Visualisation de cellules vieillissantes dans des organismes vivants
« Nous n’avons pas seulement ajouté une pièce au puzzle du vieillissement – nous avons trouvé une section entière qui n’avait même pas été touchée auparavant », a déclaré Eric Donahue, PhD’25, premier auteur de l’étude. Donahue est étudiant en médecine dans le cadre du programme de formation des scientifiques médicaux et a terminé sa thèse de doctorat dans le laboratoire Burkewitz, où il s’est intéressé à la phagie ER, au remaniement ER et au vieillissement.
Pour observer comment le RE se modifie au fil du temps, l’équipe de recherche a utilisé de nouveaux outils génétiques ainsi qu’une microscopie optique et électronique avancée. Ils ont étudié des vers vivants Caenorhabditis elegans, un organisme modèle établi pour la recherche sur le vieillissement. Ces vers sont transparents et ont une courte durée de vie, ce qui permet aux scientifiques d’observer directement les changements cellulaires à l’intérieur d’animaux intacts au cours du processus de vieillissement.
Ce qui change dans le RE avec l’âge
Les chercheurs ont constaté que les cellules vieillissantes réduisent considérablement la quantité de RE « rugueux », la forme associée à la production de protéines. En revanche, la forme tubulaire du RE, qui est plus étroitement liée à la production de lipides ou de graisses, ne diminue que légèrement. Ce schéma correspond à des caractéristiques connues du vieillissement, telles qu’une capacité réduite à maintenir des protéines saines et des changements métaboliques qui contribuent à l’accumulation de graisse dans les nouveaux tissus. Toutefois, des études supplémentaires sont nécessaires pour confirmer les relations directes de cause à effet.
L’étude a également montré que la phagie du RE joue un rôle actif dans le remodelage du RE au cours du processus de vieillissement. Il est important de noter que la phagie du RE a été associée à la durée de vie, ce qui suggère qu’elle contribue directement à un vieillissement plus sain et ne reflète pas seulement le déclin cellulaire.
Quelle sera la prochaine étape dans la recherche sur le vieillissement ?
Le laboratoire Burkewitz prévoit de continuer à étudier comment les différentes structures du RE influencent le métabolisme, tant au niveau cellulaire qu’au niveau de l’organisme. Étant donné que le RE contribue à l’organisation de nombreux autres composants au sein de la cellule, une prochaine étape importante consistera à comprendre comment son remodelage affecte l’ensemble du paysage cellulaire. « Les changements dans le RE se produisent relativement tôt dans le processus de vieillissement. L’une des implications les plus passionnantes de cela est que cela pourrait être l’un des déclencheurs de ce qui vient plus tard : les dysfonctionnements et les maladies. Si les chercheurs peuvent identifier précisément ce qui déclenche ces changements précoces dans le RE, ils pourraient éventuellement empêcher la cascade d’événements qui conduit aux maladies liées à l’âge.