Les prix Nobel de Médecine 2013

Les prix Nobel de Médecine 2013

Ceci est un article spécialisé. Nous ne reprendrons pas à la base tous les concepts exposés.
N'hésitez pas à lire l'article : Le transport vésiculaire. (à paraître)
 
Depuis 1901, les prix Nobel récompensent chaque année les travaux qui ont apporté un grand bénéfice pour toute l’humanité. En 2013, le prix Nobel de médecine a été attribué à trois chercheurs : James Rothman, Randy Schekman et Thomas Südhof, pour leurs travaux sur le système de trafic cellulaire des molécules. En d'autres mots, ils ont montré comment la cellule - qui peut être vue comme une usine à protéines - organise le transport des molécules produites.

Sur quoi portent les travaux des lauréats ?

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Petit rappel : La cellule peut être vue comme une usine à sécréter des molécules (hormones, enzymes, neurotransmetteurs…), destinées à diverses parties du corps. Cependant, comme dans une usine, toute cette production doit être chronométrée, surveillée et contrôlée en termes de qualité. En effet, ces molécules doivent être délivrées dans l’organisme au bon endroit et au bon moment ! Au sein de la cellule, la molécule en cours de fabrication va être adressée à différents « ateliers ». Ces étapes précises dans la maturation de la molécule s’effectuent dans différents compartiments cellulaires, appelés organelles. Le transport de la molécule en cours de maturation au sein de la cellule se fait via des vésicules, sorte de petits sacs de transport. Une fois la molécule prête à être délivrée, la vésicule va fusionner avec la membrane de la cellule pour créer une ouverture temporaire sur l’extérieur. Une fois relâchée à l’extérieur, notre molécule va naviguer dans l’organisme jusqu’à atteindre sa cible.
Par exemple, l’insuline, hormone très importante pour la régulation de la glycémie (=taux de sucre dans le sang) est synthétisée au niveau de certaines cellules du pancréas et libérée dans le sang - notamment après un bon repas. Via la circulation sanguine, cette hormone va pouvoir atteindre ses cellules cibles, comme certaines cellules adipeuses et leur transmettre « l’ordre » de stocker le glucose dans la cellule afin de diminuer le taux de sucre dans le sang.

Sécréter au bon endroit

Les travaux de recherche de Randy Sheckman et James Rothman permettent de comprendre comment les molécules sont acheminées dans les bonnes organelles lors de leurs synthèse puis sécrétées dans le milieu extérieur.

Contrôler le trafic entre les organelles

Les travaux qui ont valus à Randy Sheckman le prix Nobel de médecine portent sur des levures. Il avait identifié chez ces petits organismes unicellulaires (=constitués d’une seule cellule) des « mutants », qui ne sécrétaient pas correctement les protéines. Un peu comme une usine très mal organisée, ces organismes produisaient des molécules n’importe comment, conduisant notamment à une accumulation au sein de la cellule de vésicules pleines de molécules à sécréter ! En réalité, ces vésicules n’acheminaient plus les molécules entre les différentes organelles, car certains gènes assurant le contrôle de ce trafic intracellulaire étaient mutés et non fonctionnels. Randy Sheckman a alors identifié ces gènes mutés et en a déduit certains des gènes essentiels à la sécrétion des protéines chez la levure. 
 
Schéma de levure normale et mutée
Schéma de levures normale et mutée. Le transport vésiculaire étant défaillant, les vésicules s'entassent dans la cellule.
 
Error
Pour résumer, Sheckman s’est aperçu que certaines levures ne produisaient plus correctement les molécules comme elles étaient censées le faire. En creusant l’affaire, il s’est avéré que ces cellules n’étaient pas des usines ne produisant rien, mais plutôt des usines désordonnées où les molécules en cours d’assemblage ne passaient plus d’un poste à l’autre. D’une chaîne de montage organisée, la cellule devient alors une usine où les objets en cours d’assemblage traînent dans tous les coins, à moitié montés seulement…
 
Or, lors d’un travail en collaboration, Shekman et Rothman montrent que le système de production des levures est très proche de celui observé chez les cellules humaines ! Comprendre comment les protéines sont acheminées (ou le cas échéant ne le sont pas) au sein des levures aide à comprendre le phénomène analogue chez l’humain.

Contrôler la fusion des vésicules

James Rothman travaillait, quant à lui, sur des cellules de mammifères. Ses travaux ont permis une étude fine du mécanisme qui permet la fusion des vésicules de sécrétion avec la membrane de la cellule. Ce processus implique notamment des protéines particulières appelées SNARE qui forment un véritable complexe permettant l’accrochage des vésicules aux membranes et leur fusion. Ces protéines sont portées à la fois par les vésicules et les membranes cellulaires. Cette étape apporte également un certain contrôle de la sécrétion : Il existe en effet différents type de protéines SNARE membranaires, chacune ne reconnaissant que certains types de SNARE portées par des vésicules ! Ainsi, une vésicule devant emmener son contenu à une organelle ne pourra pas fusionner avec la membrane plasmique et déverser son contenu à l’extérieur de la cellule !
 
Fusion des vésicules aux compartiments cellulaire via la protéine SNARE
Fusion des vésicules aux compartiments cellulaire via la protéine SNARE
 
Error
Sheckman a identifié les gènes responsables du transport des molécules dans la cellule, via les petits sacs de transport. Rothman, pour sa part, a identifié les vigiles qui surveillent l’entrée des différents ateliers. Ce sont elles, ces fameuses protéines SNARE, qui permettent ou non aux vésicules de déverser leur contenu dans les différents organelles ou dans milieu extérieur.

Sécréter au bon moment

Pour sa part, Thomas Südhof s’intéresse tout particulièrement à un type de cellule qui sécrète beaucoup de molécules : les neurones ! En effet, la communication entre les neurones se fait par un échange de molécules sur des zones particulières, les synapses. Le neurone émetteur va sécréter au niveau de la synapse des molécules particulières appelées neurotransmetteurs. Ces petits messagers chimiques vont traverser l’espace qui sépare les deux neurones et vont atteindre le neurone receveur afin de lui délivrer son message. Alors que, jusque-là, la plupart des scientifiques étudiaient la réception du message par le neurone, Thomas Südhof s’est penché sur la question de l’émission d’un signal par un neurone. La sécrétion de neurotransmetteurs par le neurone émetteur doit être contrôlée, notamment dans le temps afin d’éviter de transmettre tout et n’importe quoi ! Comment contrôler de façon très précise cette sécrétion ? Bien évidemment, les neurones utilisent les machineries décrites par Shekman et Rothman, mais ils sont également capables de recevoir des « messages » de neurones voisins, qui provoquent dans la cellule un influx de calcium. Südhof a justement décrit comment cet influx de calcium fournit un signal de sécrétion des neurotransmetteurs. Cette découverte permet donc de comprendre comment les neurones contrôlent dans le temps la sécrétion.
 
Synchronisation de l'émission de signaux entre neurones par influx de calcium
Synchronisation de l'émission de signaux entre neurones par influx de calcium
 
Error
Nous savons donc maintenant que des petits sacs de transport (les vésicules) amènent les pièces en cours d’assemblage d’un poste à l’autre (les organelles) de l’usine de production (la cellule) ; de plus, des vigiles (les SNARE) surveillent la fusion des vésicules avec les différents compartiment cellulaires. Südhof est allé encore plus loin : il a montré –en tout cas dans le réseau d’usines que sont les neurones- que les cellules se coordonnent dans le temps entre elles, à la manière d’une course de relais. C’est un peu comme si tous les coureurs que sont les neurones font passer l’information de l’un à l’autre grâce à une sécrétion contrôlée par un influx de calcium.
 
En résumé...
 
Les travaux de Randy Sheckman ont permis d’identifier des gènes importants pour le trafic intracellulaire des vésicules de sécrétion chez la levure. Des mécanismes similaires existent aussi chez l’Homme ! Quant à Thomas Südhof, il a cherché à comprendre quels sont les signaux qui permettent une régulation de la sécrétion dans les neurones. Enfin, les recherches de James Rothman ont permis l’identification du rôle des protéines SNARE, qui permettent la fusion de la vésicule de sécrétion avec la membrane plasmique. Ces travaux montrent qu’il existe un système complexe et extrêmement régulé de transport et de sécrétion des molécules dans les cellules. Ce système, s’il est perturbé, peut avoir des effets dramatiques et provoquer des pathologies graves.

Pourquoi cela vaut-il un prix Nobel ?

Vous l’avez compris, ces travaux récompensés par l’un des plus prestigieux prix scientifique, sont fondamentaux. Ces trois chercheurs ont permis de comprendre comment s’effectue correctement la sécrétion dans la cellule. Alors pourquoi leur donner un prix Nobel, en quoi cela contribue au « bien être de l’humanité » ?
 
Essayez un instant d’imaginer ce que signifierait un problème dans la sécrétion dans notre organisme… Des neurones qui relarguent leurs neurotransmetteurs de façon chaotique, des cellules pancréatiques qui ne sécrètent plus d’insuline, des hormones (déclenchant les règles par exemple) qui seraient libérées n’importe quand… Oui, le fonctionnement de notre corps repose sur la bonne entente de nos organes, de toutes nos différentes cellules ! Ce prix Nobel récompense des travaux qui, en nous permettant de mieux comprendre comment fonctionnent nos cellules, ont ouvert des pistes de recherche pour la compréhension de nombreuses maladies.
 
Ils nous font envisager certaines maladies sous un autre angle ; prenons le diabète, une maladie grave qui nécessite un traitement à vie. Cette maladie est provoquée par une absence de sécrétion de l’insuline : mais est-ce la cellule qui ne produit pas l’insuline, ou que l’insuline en cours de création est bloquée dans la cellule ? En effet, alors que certains types de diabètes sont provoqués par une destruction totale des cellules produisant l’insuline, d’autres types de diabètes sont provoqués par un blocage de la sécrétion dans ces cellules.
De la même façon, des chercheurs se penchent aujourd'hui sur un possible lien entre problème de sécrétion des neurones et la maladie d’Alzheimer…
 
Une autre facette des travaux de Shekman sur la levure, à été de permettre l’exploitation du système de sécrétion de ce petit organisme par les industries pharmaceutiques. En effet, aujourd’hui, la grande majorité de la production d’insuline pour le traitement des diabétiques - ou encore de certains vaccins - se réalise en utilisant l'usine de production qu'est la levure : modifiée génétiquement, elle est programmée pour produire toute seule et en continu les molécules dont nous avons besoin !
 
En résumé...
 
Les lauréats du prix Nobel de médecine 2013 ont permis l’identification de protéines importantes dans la sécrétion cellulaire, ainsi qu’une meilleure compréhension des mécanismes contrôlant ce processus. Ces travaux qui concernent le fonctionnement fondamental de la cellule ont également une grande portée médicale puisqu’ils permettent une meilleure compréhension de nombreuses maladies.
 
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