Protéine Une toxine fongique bloque la production de protéines dans les cellules

Des scientifiques ont découvert une toxine fongique qui bloque les « usines à protéines » des cellules. Au-delà de la compréhension des mécanismes fondamentaux de la production des protéines, ces découvertes pourraient, à long terme, ouvrir la voie à des traitements innovants.

Berne/Suisse – Chaque cellule de notre corps dépend des protéines pour sa croissance, sa réparation, sa défense contre les agents pathogènes et la quasi-totalité des autres processus vitaux. Ces protéines sont produites par de minuscules « usines à protéines », appelées ribosomes. Les perturbations de la production protéique sont associées à des maladies telles que le cancer, les troubles du développement et les infections virales. Les chercheurs du monde entier sont donc à la recherche de substances qui influencent spécifiquement la production de protéines, afin de mieux comprendre le fonctionnement des ribosomes et de développer de nouvelles approches thérapeutiques.

Une équipe de recherche du Département de chimie, de biochimie et des sciences pharmaceutiques (DCBP) de l'Université de Berne a mis au point une nouvelle méthode permettant d'identifier de manière spécifique les substances qui influencent le fonctionnement des ribosomes. L'étude a révélé qu'une toxine fongique spécifique ralentit la production de protéines et plonge les « usines à protéines » de la cellule dans une sorte d'état de dormance. Menée en collaboration avec la Biomolecular Screening Facility de l'EPFL et le Cryo-EM Knowledge Hub de l'ETH Zurich, cette étude a récemment été publiée dans la revue Communications Biology.

28 000 substances différentes testées selon la méthode bernoise

Afin de rechercher spécifiquement les substances qui influencent la production de protéines, les chercheurs de l'Université de Berne n'ont pas eu recours aux tests traditionnels impliquant des cellules vivantes. Ceux-ci sont en effet trop complexes pour mettre en évidence un effet direct. Ils ont donc mis au point un système de test qui reproduit la production de protéines humaines en dehors des cellules vivantes. À l’aide de ce système, ils ont testé 28 000 substances différentes, en mesurant la quantité de protéines produite dans chaque cas. « En réduisant les cellules à l’essentiel, pour ainsi dire, nous pouvons examiner très précisément si une substance influence directement la production de protéines chez l’être humain », explique Nino Schwaller, premier auteur de l’étude et étudiant en master au DCBP. Il ajoute : « Grâce à notre nouvelle méthode, nous pouvons étudier les effets des toxines environnementales et des composés actifs potentiels sur l’un des processus biologiques les plus fondamentaux de la vie, à savoir la production de protéines, avec une précision bien supérieure à celle dont nous disposions auparavant. »

Les mycotoxines présentes dans les céréales agissent sur des cibles spécifiques

Parmi les nombreuses substances testées, la mycotoxine NT-2, produite par des champignons céréaliers du genre Fusarium, s’est particulièrement démarquée. Ces champignons infectent le blé, l’orge, l’avoine et le maïs, endommageant les cultures et contaminant les denrées alimentaires et les aliments pour animaux. L’équipe de recherche a désormais démontré que cette mycotoxine NT-2 se lie directement aux ribosomes. « Nous avons été particulièrement impressionnés par la précision avec laquelle cette toxine naturelle cible les usines à protéines de la cellule », explique Schwaller. L’observation suivante s’est avérée encore plus surprenante : « Les ribosomes présentent une structure fondamentalement très similaire chez les plantes, les animaux et les champignons ; on pourrait donc s’attendre à ce que la NT-2 se lie également aux ribosomes de ces organismes et bloque leur production de protéines. Il est toutefois intéressant de noter que les cellules des champignons producteurs de toxines semblent elles-mêmes protégées contre la NT-2 », explique Schwaller. Cette étude nous aide à comprendre comment les toxines fongiques présentes dans les céréales contaminées peuvent perturber des processus clés au sein des cellules humaines.

Les ribosomes restent en « mode veille »

C’est en examinant de plus près les ribosomes issus de cellules traitées au NT-2 que l’équipe a fait sa découverte la plus surprenante. Une grande partie des ribosomes se trouvait dans un état stable mais inactif. « On peut imaginer que les usines à protéines de la cellule sont passées en mode veille, d’où elles ne peuvent plus se réveiller d’elles-mêmes », explique le Dr Evangelos Karousis, auteur principal de l’étude et responsable du groupe de recherche au DCBP de l’Université de Berne. « Nos observations pourraient expliquer pourquoi certaines toxines environnementales ou certains médicaments laissent des traces à long terme dans les cellules », ajoute-t-il.

Cette nouvelle étude fait le lien entre plusieurs domaines de recherche : elle montre comment une toxine issue de champignons des céréales interfère avec l’un des processus les plus fondamentaux des cellules humaines, apporte un nouvel éclairage sur le fonctionnement des ribosomes et présente en même temps une méthode permettant d’identifier de manière spécifique les substances qui influencent la production de protéines. « De nombreuses maladies graves sont liées au fait que les cellules produisent trop, trop peu ou les mauvaises protéines », explique Karousis. « Si nous comprenons mieux comment ces usines à protéines peuvent être ralenties ou délibérément mises en état de repos, cela pourrait à terme contribuer au développement de nouveaux traitements. » L’Université de Berne est l’un des centres de référence dans le développement de méthodes innovantes d’analyse des processus cellulaires. La plateforme d’essai présentée ici illustre parfaitement la manière dont les chercheurs bernois créent des outils qui rapprochent davantage la recherche fondamentale des futures applications médicales. Dans un deuxième temps, les chercheurs prévoient d’étudier dans quelles conditions les ribosomes « endormis » peuvent être réactivés et dans quelle mesure cet état de repos particulier est répandu dans les cellules – par exemple en cas de stress, de maladie ou d’exposition à d’autres toxines environnementales.