Repensez à cette base biologie cours que vous avez suivi au lycée. Vous avez probablement entendu parler organitesces petits « organes » à l’intérieur des cellules qui forment des compartiments dotés de fonctions individuelles. Par exemple, mitochondries produisent de l’énergie, les lysosomes recyclent les déchets et le noyau stocke ADN. Bien que chaque organite ait une fonction différente, ils sont similaires dans le sens où chacun est enveloppé dans une membrane.
Les organites liés à la membrane constituaient la norme théorique sur la façon dont les scientifiques pensaient que les cellules étaient organisées jusqu’à ce qu’ils réalisent au milieu des années 2000 que certains organites n’ont pas besoin d’être enveloppés dans une membrane. Depuis lors, les chercheurs ont découvert de nombreux autres organites sans membrane qui ont considérablement modifié la façon dont les biologistes envisagent la chimie et les origines de la vie.
J’ai découvert les organites sans membrane, officiellement appelés condensats biomoléculairesil y a quelques années, lorsque les étudiants dans mon laboratoire observé des taches inhabituelles dans le noyau d’une cellule. À mon insu, nous étudiions les condensats biomoléculaires depuis des années. Ce que j’ai finalement vu dans ces blobs m’a ouvert les yeux sur un tout nouveau monde de biologie cellulaire.
Comme une lampe à lave
Pour avoir une idée de ce à quoi ressemble un condensat biomoléculaire, imaginez une lampe à lave où les gouttes de cire à l’intérieur fusionnent, se brisent et fusionnent à nouveau. Condensats se forment à peu près de la même manièrebien qu’ils ne soient pas faits de cire. Au lieu de cela, un groupe de protéines et de matériel génétique, en particulier des molécules d’ARN, dans une cellule se condense en gouttelettes semblables à un gel.
Certaines protéines et ARN agissent ainsi parce qu’ils interagissent préférentiellement entre eux plutôt qu’avec leur environnement, un peu comme la façon dont les gouttes de cire dans une lampe à lave se mélangent entre elles mais pas avec le liquide environnant. Ces condensats créent un nouveau microenvironnement qui attire des protéines et des molécules d’ARN supplémentaires, formant ainsi un compartiment biochimique unique au sein des cellules.
Regarder dessus
En 2022, les chercheurs ont découvert environ 30 types de ces condensats biomoléculaires sans membrane. En comparaison, il existe environ une douzaine d’organites traditionnelles liées à la membrane connues.
Bien qu’il soit facile de les identifier une fois que l’on sait ce que l’on recherche, il est difficile de comprendre à quoi servent exactement les condensats biomoléculaires. Certains ont des rôles bien définis, comme former cellules reproductrices, granules de stress et ribosomes producteurs de protéines. Cependant, beaucoup d’autres n’ont pas de fonctions claires.
Les organites non liés à la membrane pourraient avoir des fonctions plus nombreuses et plus diverses que leurs homologues liés à la membrane. L’apprentissage de ces fonctions inconnues affecte la compréhension fondamentale des scientifiques sur la façon dont cellules travail.
Structure et fonction des protéines
Les condensats biomoléculaires brisent certaines croyances de longue date sur la chimie des protéines.
Depuis que les scientifiques ont pour la première fois étudié attentivement structure de la protéine myoglobine dans les années 1950, il était clair que sa structure était importante pour sa capacité à transporter l’oxygène vers les muscles. Depuis lors, le mantra des biochimistes est que la structure des protéines est égale à leur fonction. Fondamentalement, les protéines ont certaines formes qui leur permettent d’accomplir leur travail.
Les protéines qui forment des condensats biomoléculaires enfreignent au moins partiellement cette règle puisqu’elles contiennent des régions désordonnées, c’est-à-dire qu’elles n’ont pas de formes définies. Lorsque les chercheurs ont découvert ces soi-disant protéines intrinsèquement désordonnées, ou IDPau début des années 1980, ils ont d’abord été déconcertés par le fait que ces protéines pouvaient manquer de structure solide tout en remplissant des fonctions spécifiques.
Plus tard, ils ont découvert que Les personnes déplacées ont tendance à former des condensats. Comme c’est si souvent le cas en science, cette découverte a résolu un mystère sur les rôles que jouent ces protéines non structurées dans la cellule, pour ensuite ouvrir une autre question plus profonde sur ce que sont réellement les condensats biomoléculaires.
Cellules bactériennes
Les chercheurs ont également détecté condensats biomoléculaires chez les procaryotesou bactériennes, cellules, qui étaient traditionnellement définies comme ne contenant pas d’organites. Cette découverte pourrait avoir des effets profonds sur la façon dont les scientifiques comprennent la biologie des cellules procaryotes.
Seulement environ 6% de protéines bactériennes ont des régions désordonnées dépourvues de structure, contre 30 à 40 % des protéines eucaryotes ou non bactériennes. Mais les scientifiques ont découvert plusieurs condensats biomoléculaires dans les cellules procaryotes qui participent à diverses fonctions cellulaires, y compris la fabrication et décomposer les ARN.
La présence de condensats biomoléculaires dans les cellules bactériennes signifie que ces microbes ne sont pas de simples sacs de protéines et d’acides nucléiques, mais qu’ils sont en réalité plus complexes qu’on ne le pensait auparavant.
Origines de la vie
Les condensats biomoléculaires changent également la manière dont les scientifiques envisagent les origines de la vie sur Terre. Terre.
Il existe de nombreuses preuves que les nucléotides, les éléments constitutifs de l’ARN et de l’ADN, peuvent très vraisemblablement être fabriqués à partir de produits chimiques courants, comme le cyanure d’hydrogène et l’eau, en présence de sources d’énergie courantes, comme la lumière ultraviolette ou des températures élevées, sur des minéraux universellement courants. comme silice et argile ferreuse.
Il existe également des preuves que des nucléotides individuels peuvent spontanément assembler en chaînes pour fabriquer de l’ARN. Il s’agit d’une étape cruciale dans le Hypothèse du monde de l’ARNqui postule que les premières « formes de vie » sur Terre étaient des brins d’ARN.
Une question majeure est de savoir comment ces molécules d’ARN pourraient avoir développé des mécanismes pour se répliquer et s’organiser en protocellule. Étant donné que toute vie connue est enfermée dans des membranes, les chercheurs qui étudient l’origine de la vie ont généralement supposé que les membranes devraient également encapsuler ces ARN. Cela nécessiterait de synthétiser les lipides, ou graisses, qui composent les membranes. Cependant, les matériaux nécessaires à la fabrication des lipides n’étaient probablement pas présents sur la Terre primitive.
Avec la découverte que Les ARN peuvent former spontanément des condensats biomoléculairesles lipides ne seraient pas nécessaires pour former des protocellules. Si les ARN étaient capables de s’agréger par eux-mêmes en condensats biomoléculaires, il deviendrait encore plus plausible que des molécules vivantes soient issues de produits chimiques non vivants sur Terre.
Nouveaux traitements
Pour moi et d’autres scientifiques qui étudient les condensats biomoléculaires, il est passionnant de rêver à la manière dont ces entités qui enfreignent les règles changeront notre perspective sur le fonctionnement de la biologie. Les condensats sont déjà changer la façon dont nous pensez aux maladies humaines comme AlzheimerHuntington et Chez Lou Gehrig.
À cette fin, les chercheurs développent plusieurs nouvelles approches pour manipuler des condensats à des fins médicales comme de nouveaux médicaments capables de favoriser ou de dissoudre les condensats. Reste à savoir si cette nouvelle approche du traitement des maladies portera ses fruits.
À long terme, je ne serais pas surpris si à terme, chaque condensat biomoléculaire se voit attribuer une fonction particulière. Si cela se produit, vous pouvez être sûr que les étudiants en biologie du secondaire auront encore plus à apprendre – ou à se plaindre – dans leurs cours d’introduction à la biologie.
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