Chercheurs de Kaiserslautern et de Sarrebruck découvrent un lien entre le métabolisme cellulaire et la division cellulaire

Peroxiredoxine - Peroxyde d'hydrogène (H2O2) - relais redox thiol dépendant (cycle redox Prx) se lie au cycle métabolique de la levure (YMC) pour contrôler l'entrée/sortie du cycle cellulaire (CDC). HOC = consommation élevée d'oxygène, LOC = consommation faible d'oxygène. (Dr. Prince Saforo Amponsah)

De nombreux processus biologiques sont soumis à des variations rythmiques. Parmi les exemples connus, on trouve le rythme circadien, une « horloge interne » d’environ 24 heures, ou le rythme ultradien, légèrement plus court. Souvent, la division cellulaire est liée à ce rythme. Des biologistes de Sarrebruck et de Kaiserslautern ont découvert que ce rythme et son lien avec la division cellulaire sont étroitement liés au peroxyde d’hydrogène. L’étude a été publiée dans la revue spécialisée renommée Nature Chemical Biology.

Les processus chez les êtres vivants suivent, jusqu’au niveau moléculaire, une chorégraphie finement orchestrée. Parmi les éléments essentiels de ces processus dans le corps figurent également des rythmes strictement programmés, auxquels certains cycles sont soumis. Ainsi, par exemple, le cycle circadien d’environ 24 heures, une sorte d’« horloge interne », joue un rôle important dans les mécanismes de métabolisme et de division cellulaire dans les cellules.

Des chercheurs de Sarrebruck et de Kaiserslautern ont maintenant examiné de plus près un cycle similaire, le cycle ultradien, un peu plus court, de la levure de boulanger. « Il n’a pas encore été entièrement élucidé tous les détails des mécanismes moléculaires qui régissent les rythmes circadiens », explique le Dr Prince Saforo Amponsah, biochimiste du laboratoire de génétique moléculaire de la TUK et premier auteur de l’étude. « Notre recherche constitue cependant une étape importante dans la résolution de cette énigme. »

Sous la direction de Bruce Morgan, professeur de biochimie à l’Université de la Sarre, les spécialistes ont étudié ce qui se passe dans l’organisme modèle, la levure de boulanger, lorsque le métabolisme cellulaire est modifié de manière ciblée. Jusqu’à présent, il était connu que les processus métaboliques et les cycles de division cellulaire dans des cellules saines se déroulaient souvent de manière synchronisée selon de tels rythmes. La question restait ouverte de savoir si les variations rythmiques du métabolisme étaient la cause ou la conséquence de la division cellulaire.

Grâce à de nouveaux capteurs fluorescents, les chercheurs ont pu observer des variations rythmiques du niveau de peroxyde d’hydrogène. Longtemps, le peroxyde d’hydrogène a été principalement connu pour le stress qu’il infligeait aux cellules et pour ses effets délétères. « Nous avons étudié la protéine Peroxiredoxine et sa réaction avec, ainsi que ses conséquences sur le cycle de division cellulaire », explique Bruce Morgan. En effet, la protéine Peroxiredoxine réagit très sensible au peroxyde d’hydrogène, ce qui en fait un outil particulièrement adapté pour mieux comprendre le mécanisme complexe de l’« horloge interne » des cellules.

Les chercheurs ont maintenant apparemment pu répondre à la question de savoir si une modification de ce rythme est la cause ou la conséquence d’un changement du métabolisme : « Nous avons pu constater que la liaison entre métabolisme et division cellulaire est interrompue lorsque nous inactivons la Peroxiredoxine chez la levure de boulanger », explique le biochimiste Morgan, qui a travaillé comme professeur junior à la TUK avant de récemment rejoindre la Sarre. La division cellulaire se déroule alors de manière déconnectée du métabolisme cellulaire. De plus, les chercheurs ont pu précisément contrôler le moment où les cellules entrent ou sortent du cycle de division en modulant de façon précise les cycles métaboliques.

« Nous pouvons désormais démontrer pour la première fois que les peroxiredoxines jouent un rôle crucial dans la mesure du temps cellulaire en utilisant le peroxyde d’hydrogène comme carburant pour remplir leur fonction de régulateur », déclare Amponsah, qui a mené cette recherche dans le cadre de sa thèse à la TUK. « C’est la consécration d’environ quatre années de travail acharné et d’une année de revue par les pairs. Cela m’a vraiment beaucoup plu de travailler sur ce projet, car il a permis de nombreuses innovations et de nouvelles découvertes. »

Ces découvertes fondamentales pourraient être importantes pour mieux comprendre la division cellulaire incontrôlée dans les cellules tumorales. Il est connu que la division cellulaire dans les cellules cancéreuses est souvent déconnectée de l’horloge circadienne. Il sera très intéressant à l’avenir d’étudier si une régulation perturbée du peroxyde d’hydrogène y contribue.

Les chercheurs impliqués dans l’étude comprenaient également la professeure Zuzana Storchová, qui dirige le laboratoire de génétique moléculaire de la TUK, et le Dr Galal Yahya Metwally, boursier Humboldt et chercheur invité dans leur groupe de travail. « Cette collaboration montre comment la combinaison de différentes approches peut apporter de nouvelles connaissances à de vieilles questions », explique Storchová. « Nous espérons que notre système modèle pourra à l’avenir fournir d’autres éclairages sur la façon dont le cycle cellulaire est synchronisé avec le rythme de l’horloge métabolique. »