La clé de la jeunesse cellulaire pourrait être de garder le nucléole—une structure compactée à l'intérieur du noyau d'une cellule—petit, selon des chercheurs du Weill Cornell Medicine. Les découvertes ont été révélées chez la levure, un organisme modèle connu pour produire du pain et de la bière, qui est remarquablement comparable aux humains au niveau moléculaire.
Les résultats, publiés dans Nature Aging, pourraient mener à de nouveaux traitements de longévité qui prolongent la vie humaine. Cela crée également un chronomètre de mortalité qui montre combien de temps une cellule a avant de mourir.
À mesure que les gens vieillissent, ils sont plus susceptibles de souffrir de problèmes de santé comme le cancer, les maladies cardiovasculaires et les maladies neurologiques.
"Le vieillissement est le facteur de risque le plus élevé pour ces maladies," a déclaré le Dr Jessica Tyler, professeur de pathologie et de médecine de laboratoire au Weill Cornell. "Plutôt que de traiter chaque maladie séparément, une meilleure approche serait de développer un traitement ou un supplément qui retardera l'apparition des maladies en prévenant les défauts moléculaires sous-jacents qui les causent." Le nucléole pourrait détenir la clé.
Le noyau contient les chromosomes de la cellule, tandis que le nucléole abrite l'ADN ribosomal (rDNA). Le nucléole isole le rDNA, qui code les composants ARN des ribosomes, la machinerie de construction des protéines. Le rDNA est l'une des régions les plus fragiles du génome en raison de sa nature répétitive, ce qui le rend difficile à maintenir et à réparer s'il est endommagé. Si les dommages au rDNA ne sont pas correctement réparés, cela peut entraîner des réarrangements chromosomiques et la mort cellulaire.
Les nucléoles s'étendent à mesure que les organismes vieillissent, allant de la levure aux vers et aux humains. Les mesures anti-vieillissement, telles que la restriction calorique ou manger moins, produisent des nucléoles plus petits. "La restriction calorique fait tant de choses différentes, et personne ne sait précisément comment elle prolonge la durée de vie," a déclaré un professeur.
Le Dr Tyler et le premier auteur de l'article, le chercheur postdoctoral Dr. J. Ignacio Gutierrez, soupçonnaient que garder les nucléoles petits pourrait prévenir le vieillissement. Pour mettre cette théorie à l'épreuve, les scientifiques ont créé une méthode artificielle pour attacher le rDNA à la membrane entourant le noyau des cellules de levure, leur permettant de contrôler quand il était ancré et quand il ne l'était pas. "L'avantage de notre système est que nous pouvions isoler la taille du nucléole de tous les autres effets des stratégies anti-vieillissement," a déclaré Gutierrez.
Les chercheurs ont découvert que l'ancrage du nucléole suffisait à le garder compact et que des nucléoles minuscules prévenaient le vieillissement à un degré comparable à la restriction calorique.
Étonnamment, les nucléoles n'ont pas augmenté au même rythme tout au long de la durée de vie des cellules vieillissantes. Ils sont restés petits pendant la majeure partie de la vie de la levure, mais lorsque les nucléoles ont atteint un certain seuil de taille, ils ont soudainement commencé à se développer rapidement et à s'étendre à une taille considérablement plus grande. Les cellules ont survécu en moyenne cinq divisions supplémentaires après avoir atteint ce seuil.
"Quand nous avons vu que ce n'était pas une augmentation linéaire de la taille, nous savions que quelque chose de vraiment important se passait," a déclaré le Dr Gutierrez. Passer la barrière semble agir comme un chronomètre de mortalité, comptant les derniers moments de l'existence d'une cellule.
Au cours du vieillissement, l'ADN accumule des dommages, dont certains peuvent être mortels pour les cellules. Lors des tests, l'équipe a découvert que les nucléoles plus grands avaient un rDNA moins stable que les plus petits. De plus, lorsque la structure est grande, les protéines et autres composants normalement exclus du nucléole ne sont plus maintenus à l'extérieur. C'est comme si le nucléole fuyait, permettant à des molécules de causer des ravages sur le fragile rDNA.
"Le but des condensats est de séparer les réactions biologiques pour les aider à fonctionner efficacement, mais maintenant, lorsque vous avez d'autres protéines entrant dans le nucléole, cela conduit à une instabilité génomique, ce qui déclenche la fin de la durée de vie," a déclaré le Dr Tyler. Ces protéines peuvent s'accumuler et produire des conséquences catastrophiques, y compris des réarrangements chromosomiques.
Les chercheurs prévoient ensuite d'examiner les effets nucléolaires sur le vieillissement dans les cellules souches humaines. Les cellules souches sont uniques en ce sens qu'elles ont la capacité de remplacer d'autres types cellulaires à mesure qu'elles meurent. Cependant, les cellules souches finiront par cesser de se diviser, donc les chercheurs espèrent utiliser les connaissances acquises grâce à cet effort pour prolonger leur durée de vie.
"J'étais enthousiaste à l'idée que nous puissions relier la structure du nucléole au processus de réparation d'une manière qui pourrait être conservée de la levure aux humains," a déclaré le Dr Gutierrez.