Comment le principe des nouilles au fromage aide à lutter contre la maladie d'Alzheimer
Des chercheurs de l'Institut Paul Scherrer PSI ont expliqué comment la spermine - une petite molécule qui régule de nombreux processus dans les cellules de l'organisme - prévient des maladies telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson : elle rend certaines protéines inoffensives en agissant de la même manière que le fromage qui fait adhérer les pâtes entre elles. Cette découverte pourrait aider à lutter contre de telles maladies. Les résultats ont été publiés dans la revue spécialisée Nature Communications.
L'espérance de vie augmente et les maladies liées à l'âge sont de plus en plus fréquentes, notamment les maladies neurodégénératives comme les maladies d'Alzheimer et de Parkinson. Ces maladies sont dues à des dépôts de structures protéiques nocives dans le cerveau, constituées de protéines amyloïdes mal repliées. La forme de ces dernières rappelle celle de fibres ou de spaghettis. Jusqu'à présent, il n'existe pas de traitement efficace pour prévenir ou se débarrasser de ces dépôts.
Mais une molécule produite par l'organisme et appelée spermine suscite l'espoir. Comme l'ont découvert lors d'expériences des chercheurs autour du responsable de l'étude Jinghui Luo du Centre des sciences de la vie de l'Institut Paul Scherrer PSI, cette substance est capable de prolonger la vie de petits nématodes, d'améliorer leur mouvement avec l'âge et de renforcer les centrales électriques des cellules - les mitochondries. Les chercheurs ont notamment observé comment la spermine aide les défenses naturelles de l'organisme à se débarrasser des dépôts de protéines amyloïdes qui endommagent les nerfs.
Ces nouvelles connaissances pourraient servir de base au développement de nouvelles thérapies contre de telles maladies.
Un médiateur central pour les processus cellulaires
La spermine est une substance vitale pour l'organisme. Elle fait partie de ce que l'on appelle les polyamines, qui sont des molécules organiques relativement petites. La spermine tire son nom du liquide séminal, le sperme, car elle y est présente en concentration particulièrement élevée et a été découverte pour la première fois il y a plus de 150 ans. Mais elle se trouve également dans de nombreuses cellules du corps - surtout celles qui sont actives et capables de se diviser.
La spermine favorise la mobilité et l'activité des cellules et contrôle de nombreux processus. Elle interagit notamment avec les acides nucléiques du patrimoine génétique et régule ainsi la lecture des gènes et leur conversion en protéines. Elle veille ainsi à ce que les cellules puissent croître correctement, se diviser et finalement mourir. En outre, la spermine joue un rôle central dans un processus cellulaire important appelé "condensation biomoléculaire" : certaines macromolécules comme les protéines et les acides nucléiques se séparent et se rassemblent en quelque sorte en gouttelettes à l'intérieur de la cellule, de sorte que des réactions importantes peuvent s'y produire.
Dans le contexte des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer ou de Parkinson, des indices avaient déjà montré que la spermine pouvait protéger les cellules nerveuses et atténuer les pertes de mémoire liées à l'âge. Mais il manquait jusqu'à présent une compréhension plus précise de la manière dont elle intervient dans les processus de détérioration des nerfs, afin d'en tirer éventuellement des avantages médicaux.
Soutien pour le ramassage des déchets cellulaires
L'équipe de Jinghui Luo a maintenant étudié cela de plus près. Outre la microscopie optique, les chercheurs ont utilisé le procédé de mesure de la diffusion SAXS à la Source de Lumière Synchrotron Suisse SLS du PSI pour mettre en lumière la dynamique moléculaire des processus. Les analyses ont été effectuées aussi bien dans un capillaire en verre (in vitro) que dans un être vivant (in vivo). Le nématode C. elegans a servi d'organisme modèle.
Il s'est avéré que la spermine fait en sorte que les protéines nocives se rassemblent par condensation biomoléculaire et s'agglutinent en quelque sorte. Cela facilite un processus appelé autophagie, qui se déroule de manière routinière dans nos cellules : Il enveloppe les protéines endommagées ou inutiles dans de petites bulles membranaires et les décompose en toute sécurité à l'aide d'enzymes - un processus de recyclage naturel en quelque sorte.
"L'autophagie peut gérer plus efficacement des amas de protéines plus importants", explique Luo, le responsable de l'étude. "Et la spermine est en quelque sorte le liant qui rassemble les brins. Il s'agit de forces électriques faiblement attractives entre les molécules, qui les organisent mais ne les lient pas solidement".
Selon Luo, on peut aussi se représenter l'ensemble comme une assiette de spaghettis. "La spermine est comme du fromage qui lie les longues et fines pâtes entre elles sans les coller, ce qui les rend plus digestes".
Ce qui est recherché, c'est la bonne combinaison d'ingrédients.
La spermine a également une influence sur d'autres maladies, comme le cancer. Là aussi, des recherches sont d'abord nécessaires pour déterminer quels mécanismes entrent en jeu - des approches thérapeutiques basées sur la spermine seraient alors envisageables. En outre, il existe, outre la spermine, de nombreuses autres polyamines qui remplissent également des fonctions importantes dans l'organisme et qui sont donc intéressantes sur le plan médical. La recherche dans ce domaine a donc encore beaucoup de potentiel. "Si nous comprenons mieux les processus sous-jacents", explique Luo, "nous pourrons pour ainsi dire cuisiner des plats plus savoureux et plus digestes, car nous saurons exactement quelles épices, et à quelle dose, rendent la sauce particulièrement savoureuse".
Cette recherche fait également appel à l'intelligence artificielle, qui peut calculer beaucoup plus rapidement des combinaisons prometteuses d'"ingrédients pour la sauce" sur la base de toutes les données disponibles. Selon Luo, les procédés de mesure de la diffusion résolus en temps ainsi que l'imagerie à haute résolution, qui permettent de représenter de tels processus en temps réel et jusqu'au niveau subcellulaire, sont en outre importants pour cette étude ainsi que pour les suivantes. En dehors du PSI, de telles méthodes ne sont disponibles que dans quelques autres installations synchrotron dans le monde.
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Publication originale
Xun Sun, Debasis Saha, Xue Wang, Cecilia Mörman, Rebecca Sternke-Hoffmann, Juan Atilio Gerez, Fátima Herranz-Trillo, Roland Riek, Wenwei Zheng, Jinghui Luo; "Spermine modulation of Alzheimer’s Tau and Parkinson’s α-synuclein: implications for biomolecular condensation and neurodegeneration"; Nature Communications, Volume 16, 2025-11-21
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