Les dommages causés aux extrémités de vos chromosomes peuvent créer des “cellules zombies” qui sont toujours vivantes mais ne peuvent pas fonctionner, selon notre étude publiée récemment dans Nature Structural and Molecular Biology.
Lorsque les cellules se préparent à se diviser, leur ADN est étroitement enroulé autour de protéines pour former des chromosomes qui fournissent une structure et un support au matériel génétique. Aux extrémités de ces chromosomes se trouvent des tronçons d’ADN répétitifs appelés télomères, qui forment un capuchon protecteur pour éviter d’endommager le matériel génétique. Cependant, les télomères raccourcissent chaque fois qu’une cellule se divise. Cela signifie que si les cellules se divisent de plus en plus au fur et à mesure que vous vieillissez, vos télomères deviennent de plus en plus courts et plus susceptibles de perdre leur capacité à protéger votre ADN.
Les dommages causés au matériel génétique peuvent entraîner des mutations qui font que les cellules se divisent de manière incontrôlée, ce qui entraîne un cancer. Les cellules évitent de devenir cancéreuses lorsque leurs télomères deviennent trop courts, après s’être divisées trop souvent et avoir potentiellement subi des dommages en cours de route, en entrant dans un état de zombie qui empêche les cellules de se diviser grâce à un processus appelé sénescence cellulaire.
Parce qu’elles résistent à la mort, les cellules sénescentes – ou “zombies” – s’accumulent avec l’âge. Elles peuvent être bénéfiques pour la santé en favorisant la sénescence des cellules voisines qui risquent de devenir cancéreuses et en attirant les cellules immunitaires pour éliminer les cellules cancéreuses. Mais elles peuvent aussi contribuer à la maladie en entravant la cicatrisation des tissus et la fonction immunitaire, et en sécrétant des substances chimiques qui favorisent l’inflammation et la croissance tumorale.
Nous avons voulu savoir si des dommages directs aux télomères peuvent être suffisants pour déclencher la sénescence et faire des cellules zombies. Pour le savoir, nous devions limiter les dommages aux seuls télomères. Nous avons donc attaché une protéine aux télomères de cellules humaines cultivées en laboratoire. Puis nous avons ajouté un colorant à la protéine qui la rend sensible à la lumière. En éclairant les cellules avec une lumière rouge lointain (ou une lumière dont la longueur d’onde est légèrement inférieure à celle de la lumière infrarouge), la protéine produit des radicaux libres d’oxygène – des molécules hautement réactives qui peuvent endommager l’ADN – directement au niveau des télomères, épargnant ainsi le reste du chromosome et la cellule.
Nous avons découvert que les dommages directs aux télomères étaient suffisants pour transformer les cellules en zombies, même lorsque ces capuchons protecteurs n’étaient pas raccourcis. Nous avons découvert que la raison de ce phénomène était probablement due à une perturbation de la réplication de l’ADN au niveau des télomères, qui rend les chromosomes encore plus susceptibles d’être endommagés ou de subir des mutations.
Les télomères (verts) à l’extrémité des chromosomes (bleus) endommagés par les radicaux libres deviennent fragiles (flèches vertes) et déclenchent la sénescence. Ryan Barnes/Opresko Lab, CC BY-NC-ND
Pourquoi c’est important
Les télomères raccourcissent naturellement avec l’âge. Ils limitent le nombre de fois qu’une cellule peut se diviser en signalant aux cellules de devenir des zombies lorsqu’ils atteignent une certaine longueur. Mais un excès de radicaux libres produits à la fois par les processus corporels normaux et par l’exposition à des produits chimiques nocifs comme la pollution atmosphérique et la fumée de tabac peut conduire à une condition appelée stress oxydatif qui peut accélérer le raccourcissement des télomères. Cela peut déclencher prématurément la sénescence et contribuer aux maladies liées à l’âge, notamment l’immunodéficience, les maladies cardiovasculaires, les maladies métaboliques et le cancer.
Notre étude révèle que les télomères servent non seulement de réveil indiquant qu’une cellule s’est divisée trop souvent, mais aussi de sonnette d’alarme pour les niveaux nocifs de stress oxydatif. Le raccourcissement des télomères lié à l’âge n’est pas la seule chose qui déclenche la sénescence ; les dommages aux télomères sont également suffisants pour transformer une cellule en zombie.
Quelles sont les autres recherches en cours ?
Les chercheurs étudient les traitements et les interventions qui peuvent protéger les télomères des dommages et empêcher l’accumulation de cellules zombies. Un certain nombre d’études menées sur des souris ont montré que l’élimination des cellules zombies peut favoriser un vieillissement sain en améliorant la fonction cognitive, la masse et la fonction musculaires et la récupération après des infections virales.
Les chercheurs développent également des médicaments appelés sénolytiques qui peuvent soit tuer les cellules zombies, soit empêcher leur développement.
Prochaines étapes
Cette étude se concentre sur les conséquences de la détérioration des télomères dans les cellules qui se divisent activement, comme les cellules des reins et de la peau. Nous examinons maintenant comment ces dommages se manifestent dans les cellules qui ne se divisent pas, comme les neurones ou les cellules du muscle cardiaque. Les chercheurs ont montré que les télomères des cellules et des tissus qui ne se divisent pas deviennent plus dysfonctionnels avec l’âge, mais on ne sait pas très bien pourquoi cela se produit alors que ces télomères ne devraient pas raccourcir en premier lieu.
Patricia Opresko, professeur de santé environnementale et professionnelle,Université de Pittsburgh Health Sciences et Ryan Barnes, chercheur postdoctoral en santé environnementale et professionnelle, Université de Pittsburgh Health Sciences
