Vider les poubelles - La bataille des cellules souches contre le vieillissement

Les cellules souches éliminent les déchets. Cette illustration est d'Emma Vidal de DrawImpacts. Crédit : Emma Vidal

Des scientifiques de l'UC San Diego ont découvert que la méthode unique d'élimination des protéines mal repliées par les cellules souches pourrait être la clé pour préserver la santé à long terme et éviter les maladies.

Alors que les êtres humains continuent leur quête de l'éternelle jeunesse, les cellules souches surgissent comme des acteurs clés dans la recherche de la longévité. Les études suggèrent de plus en plus que la préservation de la santé des cellules souches conduit à une plus grande durée de vie en bonne santé, et de nouvelles recherches mettent en évidence l'importance de maintenir les cellules souches propres et ordonnées.

Selon une étude récemment publiée dans la revue Cell Stem Cell, des scientifiques de l'École de médecine de l'Université de Californie à San Diego ont découvert que les cellules souches du sang utilisent une technique surprenante pour éliminer leurs protéines mal repliées. Les chercheurs ont découvert que ce processus diminue avec l'âge et pensent que renforcer ce système spécialisé d'élimination des déchets pourrait aider à lutter contre les maladies liées au vieillissement.

L'étude s'est concentrée sur les cellules souches hématopoïétiques (HSC), les cellules de notre moelle osseuse qui produisent de nouvelles cellules sanguines et immunitaires tout au long de notre vie. Lorsque leur fonction est affaiblie ou perdue, cela peut conduire à des troubles sanguins et immunitaires, comme l'anémie, la coagulation du sang et le cancer.

Robert Signer, Ph.D., chercheur à l'UC San Diego, décrit comment les cellules souches contribuent au vieillissement et aux maladies liées à l'âge. Crédit : UC San Diego Health Sciences

"Les cellules souches sont là pour durer", a déclaré l'auteur principal de l'étude, le Dr Robert Signer, professeur associé à l'École de médecine de l'UC San Diego. "Leur besoin de longévité exige qu'elles soient connectées différemment de toutes les cellules de courte durée dans le corps."

Une clé pour garder les cellules souches heureuses est le maintien de l'homéostasie des protéines. Les travaux antérieurs ont montré que les cellules souches, y compris les HSC, synthétisent des protéines beaucoup plus lentement que d'autres types de cellules, en privilégiant la qualité plutôt que la quantité. Cela les aide à faire moins d'erreurs dans le processus, car les protéines mal repliées peuvent devenir toxiques pour les cellules si on les laisse s'accumuler.

Cependant, certaines erreurs ou lésions des protéines sont inévitables, les chercheurs ont donc entrepris de comprendre comment les cellules souches s'assurent que ces protéines sont correctement éliminées.

Dans la plupart des cellules, les protéines endommagées ou mal repliées sont étiquetées individuellement pour être éliminées. Un destructeur de protéines mobile appelé protéasome trouve ensuite les protéines marquées et les décompose en leurs composants d'acides aminés d'origine. Mais dans la nouvelle étude, les chercheurs ont constaté que l'activité du protéasome était particulièrement faible dans les HSC. Cela a laissé l'équipe perplexe : si se débarrasser de protéines endommagées est si important pour les cellules souches, pourquoi le protéasome est-il moins actif ?

Les scientifiques de l'UC San Diego ont découvert que les protéines mal repliées étaient agrégées et enfermées dans une zone unique (en vert) à l'intérieur des cellules souches avant d'être éliminées. Crédit : UC San Diego Health Sciences

À travers une série d'expériences ultérieures, l'équipe a découvert que les HSC utilisent un système complètement différent. Ici, les protéines endommagées et mal repliées sont collectées et transportées dans des amas appelés aggresomes. Une fois rassemblées en un seul endroit, elles peuvent être détruites collectivement par un lysosome (une organelle cellulaire contenant des enzymes digestives) dans un processus appelé aggrephagy.

"Ce qui est très inhabituel ici, c'est que cette voie était considérée comme ne se déclenchant qu'en réponse à un stress extrême, mais c'est en fait la voie physiologique normale utilisée par les cellules souches", a déclaré Signer. "Cela met en évidence l'importance critique pour les cellules souches de prévenir le stress afin qu'elles puissent préserver leur santé et leur longévité."

Pourquoi cet autre système ? Un avantage principal de la méthode du protéasome est qu'elle décompose les protéines immédiatement, produisant des acides aminés que la cellule peut réutiliser pour fabriquer de nouvelles protéines. Mais les cellules souches sont moins intéressées par la fabrication de nouvelles protéines. Ainsi, les auteurs suggèrent que, en stockant une collection de protéines endommagées en un seul endroit, les cellules souches pourraient créer leur propre réserve de ressources qui pourraient être utilisées ultérieurement lorsqu'elles sont réellement nécessaires, comme après une blessure ou lorsqu'il est temps de régénérer.

« Le corps ne peut vraiment pas se permettre de perdre ses cellules souches, donc avoir cette réserve de matières premières les rend plus protégées contre les jours de pluie », a déclaré Signer. "Les cellules souches sont des marathoniens, mais elles doivent également être des sprinteurs de classe mondiale lorsque les circonstances l'exigent."

Lorsque les chercheurs ont désactivé génétiquement la voie de l'aggrephagy, les cellules souches ont commencé à accumuler des protéines agrégées, ce qui a affecté leur forme physique, leur longévité et leur activité régénérative.

L'équipe a ensuite découvert que, tandis que presque toutes les jeunes cellules souches avaient des aggresomes, à un certain point pendant le vieillissement, ils étaient presque complètement disparus. Les auteurs suggèrent que l'incapacité des cellules souches à détruire efficacement les protéines mal repliées au cours du vieillissement est probablement un facteur clé contribuant à leur fonctionnement déclinant et aux troubles liés à l'âge qui en résultent.

“Our hope is that if we can improve stem cells’ ability to maintain the aggrephagy pathway, we will preserve better stem cell fitness during aging and mitigate blood and immune disorders,” said Signer.

The authors suspect that other types of stem cells and long-lived cells like neurons have a similar requirement for strict regulation of protein homeostasis, suggesting therapeutics to boost this pathway may be beneficial across multiple organs and pathologies.