Lorsque nous parlons de mémoire en biologie, nous avons tendance à nous concentrer sur le cerveau et le stockage des informations dans les neurones. Mais il existe bien d’autres souvenirs qui persistent à l’intérieur de nos cellules. Les cellules se souviennent de leur histoire de développement, si elles ont été exposées à des agents pathogènes, etc. Cela soulève une question à laquelle il a été difficile de répondre : comment quelque chose d'aussi basique qu'une cellule peut-il conserver des informations dans plusieurs compartiments ?
Il n’existe pas de réponse unique et les détails sont très difficiles à déterminer dans de nombreux cas. Mais les scientifiques ont maintenant travaillé en détail pour développer un système de mémoire unique. Les cellules sont capables de se rappeler quand leurs parents ont eu des difficultés à se diviser, un problème souvent associé aux dommages à l'ADN et au cancer. Si les problèmes sont suffisamment importants, les deux cellules résultantes cesseront de se diviser.
Régler une minuterie
Dans les organismes multicellulaires, la division cellulaire est très soigneusement régulée. La division incontrôlée est la marque du cancer. Mais des problèmes avec certaines parties de la division – des choses comme copier l’ADN, réparer tout dommage et s’assurer que chaque cellule fille reçoive le bon nombre de chromosomes – peuvent conduire à des mutations. Par conséquent, le processus de division cellulaire implique de nombreux points de contrôle où la cellule s’assure que tout fonctionne correctement.
Mais si la cellule passe tous les points de contrôle, tout devrait bien se passer, non ? Pas tout à fait, il s’avère.
La mitose est la partie de la division cellulaire dans laquelle les chromosomes en double sont séparés en chacune des cellules filles. Passer trop de temps à diviser pourrait signifier que les chromosomes ont été endommagés, ce qui pourrait causer des problèmes à l'avenir. Des recherches antérieures ont montré que certaines cellules dérivées de la rétine s'enregistrent lorsque la mitose prend trop de temps et que les cellules filles cessent de se diviser.
Les nouveaux travaux, menés par une équipe de chercheurs d'Okinawa, du Japon et de San Diego, commencent à montrer que ce comportement ne se limite pas aux cellules rétiniennes, mais semble plutôt être une réponse générale à une mitose lente. Des expériences de timing précis ont montré que plus les cellules tentent de subir une mitose longtemps, plus il est probable que les cellules filles arrêtent de se diviser. Les chercheurs appellent ce système un « chronomètre mitotique ».
Alors, comment la cellule démarre-t-elle le chronomètre ? Ce n'est pas comme si vous pouviez demander à Siri de régler une minuterie, c'est plutôt coincé à travailler avec des acides nucléiques et des protéines.
Il s’avère que, comme pour beaucoup de choses qui se répercutent sur la division cellulaire, la réponse remonte à une protéine appelée p53. C'est une protéine essentielle pour de nombreuses voies qui détectent les dommages cellulaires et les empêchent de se diviser en cas de problèmes. (Vous vous en souviendrez peut-être grâce à notre récent article sur l'évolution des cellules souches d'éléphants.)
Un chronomètre fait de protéines
Les chercheurs ont découvert qu'au fur et à mesure que la mitose se produisait, p53 commençait à se former dans un complexe contenant deux autres protéines (la protéase 28 spécifique de l'ubiquitine et la protéine 1 associée à p53, nommée de manière créative). Si vous faisiez des mutations dans l’une des protéines qui empêchaient la formation de ce complexe, le chronomètre mitotique cesserait de fonctionner. Ce complexe de trois protéines ne commence à s'accumuler à des niveaux significatifs que si la mitose prend plus de temps que d'habitude et reste stable une fois formé afin d'être transporté vers les cellules filles une fois la division cellulaire terminée.
Alors pourquoi ce complexe se forme-t-il uniquement lorsque la mitose prend plus de temps que d’habitude ? La clé s’avère être une protéine appelée kinase, qui fixe le phosphate à d’autres protéines. Les chercheurs ont examiné des produits chimiques qui inhibent des kinases spécifiques actives pendant la mitose et la réparation de l'ADN, et ont découvert une substance spécifique essentielle au chronomètre mitotique. En l’absence de cette kinase (PLK1, pour les curieux), le complexe triprotéique ne se forme pas.
Ainsi, les chercheurs pensent que le chronomètre ressemble à ceci : pendant la mitose, la kinase attache lentement un phosphate à l'une des protéines, lui permettant de former le complexe à trois protéines. Si la division se produit assez rapidement, les niveaux de ce composé ne deviendront pas très élevés et n’auront aucun effet sur la cellule. Mais si la division se déroule plus lentement, le composé commence à s’accumuler et est suffisamment stable pour rester présent dans les deux cellules filles. La présence du composé aide à stabiliser la protéine p53, lui permettant d’arrêter les futures divisions cellulaires une fois qu’elle est présente à des niveaux suffisamment élevés.
Conformément à cette idée, les trois protéines du complexe sont suppressives de tumeur, ce qui signifie que leurs mutations augmentent le risque de formation de tumeurs. Les chercheurs ont confirmé que l’horloge mitotique était souvent défectueuse dans les échantillons de tumeurs.
C’est ainsi que les cellules individuelles sont capables de stocker l’une de leurs mémoires : la mémoire des problèmes de division cellulaire. Cependant, le chronomètre mitotique n’est qu’un des systèmes de stockage de mémoire, avec des systèmes complètement distincts gérant différentes mémoires. Parallèlement à cela, il existe un grand nombre d’autres voies qui alimentent également l’activité de p53. Ainsi, même si le chronomètre mitotique peut traiter efficacement un type spécifique de problème, il est intégré à de nombreux systèmes complexes supplémentaires fonctionnant dans la cellule.
Sciences, 2024. DOI : 10.1126/science.add9528 (À propos des identifiants numériques).
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