Organites sans membrane
2019/12/23 Oihane Díaz de Cerio Arruabarrena - Zientzia eta Teknologia Fakultateko irakaslea (EHU) | Beñat Zaldibar Aranburu - Zientzia eta Teknologia Fakultateko irakasleaEHU Iturria: Elhuyar aldizkaria
Lorsque les cellules et leurs caractéristiques sont expliquées dans les écoles de biologie cellulaire, deux types principaux de cellules sont toujours mentionnés : la cellule de la peau et la cellule procariote. Et d'autre part, lorsque les différences entre les deux types de cellules sont énumérées, avant ou après apparaissent les organites. Les organites sont généralement définis comme des structures spécialisées qui remplissent des fonctions spécifiques à l'intérieur de la cellule. Dans les explications sur les organites on a toujours mentionné le noyau, protecteur de l'information génétique cellulaire; les mitochondries et chloroplastes, producteurs d'énergie; le réticule endoplasmique granulé et lisse, qui participent à la synthèse des lipides et des protéines; et l'appareil Golgi, composé de vésicules de sécrétion qui forment et distribuent des paquets de protéines. Toutes ont une fonction spécifique et sont entourées d'une membrane semi-perméable.
Au cours des 100 dernières années, il n'y a pas eu de changements dans la structure cellulaire que nous connaissons. Ou oui ? En novembre 2018, des chercheurs de l'Institut Sloan Kettering ont publié un nouvel orgue dans la revue Cell (Ma Mayr, 2018). Nouvel organolepte assigné à un domaine TIGER (que nous expliquerons ci-dessous) ! Serions-nous devant un nouveau concept qui changerait l'intégrité de la cellule ?
Ces dernières années, les chercheurs ont analysé plus attentivement la soupe d'eau et les molécules du cytoplasme cellulaire et de l'intérieur des organites. Les chercheurs ont observé dans le cytoplasme et à l'intérieur des organites (c'est-à-dire à l'intérieur des organites à densité déterminée entourés de liquides d'une autre densité) une grande quantité de vésicules solides qui, comme les organites membraneuses, ont des fonctions spécialisées. Ces vésicules ne correspondent souvent pas à la définition d’un organolepte “classique”: d’une part, ces organolnules non membraneux n’ont pas de limites concrètes, et d’autre part, ils peuvent être organolnules éphémères, ils peuvent réagir rapidement sous l’influence des signaux chimiques et, en même temps, désorganiser des structures spécialisées générées dans la disparition du stimulus.
Cependant, par leur fonction et leur importance, ils ont obtenu l'attention des chercheurs.
Il existe plusieurs organites sans membrane
Dans les cellules mammifères, les chercheurs ont identifié au moins une douzaine d'organites sans membrane dispersés dans le noyau cellulaire et le cytoplasme (figure 1). En général, les organites non membraneux qui se trouvent dans le noyau sont spécialisés dans le contrôle de la transcription des gènes et dans certains aspects du métabolisme de l'ARN. Cependant, les organites non membraneux dispersés par le cytoplasme interviennent dans le métabolisme, le transport et l'homéostasie de l'ARN messager.
a) Organites sans membrane dans le noyau
Parmi les organites non membraneuses qui se trouvent à l'intérieur du noyau, on remarque le nucléole. Le nucléole est le plus étudié et probablement le plus grand de tous. Sa fonction principale est la biogenèse des ribosomes nécessaires pour synthétiser les protéines. Dans le nucléole se distinguent trois régions : centre de fibres, composant fibreux dense et composant granulaire. Dans la première se trouve l'ADN qui codifie les ribosomes; la conversion à l'ARN de cet ADN, la transcription, se produit à la limite entre le centre de fibre et le composant de fibre. Dans cette limite apparaît la protéine connue sous le nom de fibrilline et se produit le traitement de l'ARN codant les ribosomes, l'adhésion à la coupe. La composante granulaire, quant à elle, est riche en protéines nucléophosmine, où se produit l'accumulation et l'assemblage de sous-unités prerribosomiques. Le nucléole est entouré d'ADN organisé de forme très compacte, appelée hétérochromatine périnucléolaire. Ils sont principalement riches en répétitions d'ADN, principalement des satellites d'ADN et des ensembles d'ADN ribosomiques. Il semble que cette répétition de l'ADN du ribosome empêche la reconversion ou la recombinaison de l'ADN, stabilisant l'ADN ribosomique.
Les corps de Cajal se trouvent également dans le noyau de la cellule, mais ils sont plus petits. Quant à la structure, ils sont constitués de protéines et d'ARN qui semblent être nécessaires pour l'assemblage et la modification de snRNP (small nuclear ribonucleoprotein). Ces snrnp sont nécessaires pour les changements postérieurs à la transcription de l'ARN messager: entre autres, les parties transcrites de l'ARN qui ne deviendront pas des protéines, des intronas, des adhésions de coupe. Les corps de Cajal semblent participer au processus de maturation finale des particules snRNP et à la génération des complexes snRNP.
Les taches du noyau sont directement liées aux corps de Cajal et font partie du nucléoplasme. Dans les taches du noyau s'accumulent et modifient snRNP et protéines riches en acides aminés sérine et arginine. Ils participent tous au processus de découpe et collage du messager ARN.
b) Organites sans membrane dispersées dans le cytoplasme
Quant aux organules non membraneux dispersés par le cytoplasme, ils sont généralement appelés granulés mRNP (ribonucleoprotein messenger). Bien qu'il existe plusieurs types de RNP, il est courant que les protéines et l'ARN messager sont partagés et interactifs.
Les corps de P (processing bodies) ont été décrits dans différents types de cellules et ont été observés comme des zones riches en protéines qui interviennent dans le transport, la modification et la traduction de l'ARN messager. Lorsque de nombreux ARN messagers non traduits sont accumulés en acides aminés, soit parce que la traduction est inhibée ou dans certaines conditions de stress, augmente la taille et le nombre de corps P.
Les granules de stress, comme son nom l'indique, sont assemblés devant des signaux de stress, en enlevant des molécules d'ARN messager silencieuses et des facteurs de traduction. Autrement dit, la cellule stocke dans des zones spécifiques le matériel nécessaire pour faire face à ce stress. Dans les granules de stress il est courant de trouver les facteurs nécessaires pour commencer la traduction et les composants des petites sous-unités des ribosomes.
D'autres organites cytoplasmiques sans membrane sont les granules germinaux, qui apparaissent dans les cellules germinales de l'embryon en développement (cellules souches créatrices de cellules sexuelles). Ils sont généralement riches en ARN messager et en enzymes qui modifient l'ARN. Il semble qu'ils interviennent dans les changements post-traduction de l'ARN messager dans les cellules de la ligne germinale.
En septembre 2018, ils ont publié dans le magazine Cell la découverte du dernier type d'organites sans membrane : Il a été connu comme le TIS organique. En interaction avec le réticule endoplasmique, il permet des interactions entre les protéines dirigées par l’extrémité 3’UTR de l’ARN. La protéine TIS11B est très liée à cet organites, d'où son nom. L'interaction entre l'ITE et le réticule est appelée domaine TIGER. Ce dernier est différent du reste des moyens du cytoplasme, biophysiques et biochimiques. Tout cela contrôlera l’échange de protéines du réticule endoplasmique, régulant les interactions entre les protéines, reliant les extrémités 3’UTR à la protéine TIS11B et organisant un réseau dans le cytoplasme et autour du réticule lisse.
Maladies liées aux maladies
Le dynamisme élevé des organites non membraneux facilite l'établissement de relations directes entre les problèmes de fonctionnalité et les maladies de ces organites. Cependant, il convient de noter le cas de la sclérose latérale amyotrophique. Une des caractéristiques de cette maladie (comme d'autres maladies neurodégénératives) est qu'il y a des inclusions de messagers de ribonucléoprotéines (RNP) qui modifient le métabolisme normal de l'ARN messager (Figure 2). Ces inclusions pathologiques sont constituées de granulés protéiques RNP, dont la grande accumulation produit un assemblage entre eux et la formation de fibres amyloïdes. Les fibres amyloïdes modifient le fonctionnement normal des cellules, en les dégradant.
En cas de cancer, les organites non membraneux présentent également des options ou des perspectives intéressantes. Un des facteurs qui régissent la croissance cellulaire est l'assemblage de ribosomes, qui, comme on l'a vu, a une grande importance dans la production de ribosomes. Le nucléole peut donc être une destination importante des traitements contre le cancer, caractérisé par la croissance incontrôlée du nucléole et l'augmentation du nucléole.
La clé de la naissance de la vie ? Repensant Oparin
En 1922, le biochimiste russe Alexander Oparin a publié une théorie sur l'origine de la vie au début de l'histoire de la Terre. Selon sa théorie, les premiers composés organiques simples ont été formés, car l'énergie électrique des rayons ou l'énergie calorifique des volcans a provoqué la réaction du méthane, l'ammonium, l'eau et d'autres composants, riches en atmosphère réductrice de l'époque. Tous ces ingrédients ont été organisés en petites gouttes appelées coacerbatos. En 2016, un groupe de chercheurs allemands a décrit les actifs chimiquement et les gouttes de liquide ayant une capacité de fragmentation et donc de perpétuation. Ces gouttes et les organites non membraneux ont des caractéristiques égales, de sorte qu'il y aura des clés pour expliquer l'origine de la vie dans les organites sans membrane?
Références
Crabtree, M., Nott, T. 2018. These organelles have no membrane. The Scientist. Décembre 2018. https://www.the-scientist.com/infographics/infographic--what-are-membraneless-organelles-mêmes -65135
Gomez, E., Shorter, J. 2018. "The moléculaire language of membraneless organelles". Journal of Biological Chemistry 1-23.
Ma, W., Mayr, C. A. 2018. "Membraneless Organelle Associated with the Endoplasmic Reticulum Enables 3 UTR-Mediated Protein-Protein Interactions". Cell 175: 1492-1506.
Mao, Y.S., Zhang, B., Spector, D.L. 2011. 'Biogenèse and Function of Nuclear Bodies'. Trends in Genetics 27: 295-306.
Mithrée, D.M., Kriwacki, R.W. 2016 "Phase separation in biology; functional organization of a higher order". Cell Communication and Signalling 14: 1.
