Première illustration de la machinerie moléculaire qui fait battre les cils —
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La première image des structures qui alimentent les cils humains – les minuscules projections ressemblant à des cheveux qui tapissent nos voies respiratoires – a été produite par une équipe impliquant des chercheurs de l’UCL et pourrait conduire à des traitements indispensables pour les personnes atteintes de maladies ciliaires rares.
L’étude, publiée dans Nature, ont combiné des techniques avancées de microscopie et d’intelligence artificielle pour créer un instantané détaillé de la structure des cils humains. Ce sont les projections microscopiques sur les cellules qui tapissent nos poumons, nos oreilles et nos sinus et battent en rythme pour garder les poumons exempts de mucus et de bactéries. Les personnes qui héritent de la rare dyskinésie ciliaire primaire (PCD) ont des cils défectueux qui ne peuvent pas éliminer efficacement les débris des voies respiratoires, et souffrent donc de difficultés respiratoires et d’infections pulmonaires chroniques.
Pour la première fois, les scientifiques ont visualisé la “nano-machinerie” moléculaire qui fait battre les cils, visible sous la forme de structures identiques parsemées tous les 96 nanomètres le long de la longueur des cils. Ces structures se réunissent pour former l’axonème. Dans les voies respiratoires saines, cette structure complexe est étroitement contrôlée, avec des molécules disposées avec précision pour faire battre les cils dans un mouvement rythmique semblable à une vague, environ un million de fois par jour.
Chez les personnes atteintes de PCD, l’équipe a découvert que les cils ne battent pas correctement car des éléments clés de la structure de l’axonème sont manquants, en raison de mutations génétiques. Ces nouvelles informations pourraient conduire à de nouveaux médicaments qui ciblent ces défauts, faisant battre les cils correctement.
La co-auteure de l’étude, la professeure Hannah Mitchison (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health), a déclaré : « Les traitements de la PCD fonctionnent actuellement pour dégager les voies respiratoires des gens et prévenir l’infection. Nos découvertes offrent la possibilité de médicaments moléculaires pour cibler précisément de minuscules défauts dans le axonème et faire battre les cils comme il se doit.
« Les médicaments moléculaires sont prometteurs pour d’autres maladies rares, et la recherche sur le COVID-19 a débloqué de nouvelles façons d’administrer ces médicaments directement dans les poumons. Si nous pouvons combiner ces avancées avec nos nouvelles découvertes, j’espère que nous apporterons des médicaments moléculaires aux personnes atteintes de PCD dans les 5 à 10 prochaines années.”
Les recherches de l’équipe pourraient également s’avérer utiles pour l’infertilité, car les spermatozoïdes s’appuient sur une structure d’axonème similaire dans leur queue pour se propulser vers l’avant.
L’équipe de recherche était une collaboration mondiale, avec des scientifiques basés au Royaume-Uni, aux États-Unis, aux Pays-Bas, en Chine et en Égypte. “Il peut être difficile d’étudier des maladies rares comme la PCD, car les patients sont dispersés à travers le monde. Au Royaume-Uni, nous pensons qu’environ 9 000 familles pourraient être touchées par la PCD”, a déclaré le professeur Mitchison. “Notre étude a été rendue possible grâce à une fantastique collaboration internationale entre des scientifiques cliniciens, des biologistes et des membres de la communauté des maladies rares désireux de participer à nos recherches.”
En plus des cils humains, l’équipe a examiné la structure de l’axonème d’une algue unicellulaire appelée Chlamydomonas reinhardtii, qui utilise deux projections en forme de queue sur sa surface pour nager. Bien qu’elles soient séparées par plus d’un milliard d’années d’évolution, les queues de l’algue partagent des similitudes structurelles avec les cils des voies respiratoires humaines, soulignant l’importance de l’axonème tout au long de l’évolution.
Cette étude a impliqué des collaborateurs de la Harvard Medical School, de l’Université d’Alexandrie, de l’Université de Leicester, des centres médicaux universitaires d’Amsterdam, du Guy’s and St Thomas’ NHS Foundation Trust et de l’Imperial College de Londres.
À l’UCL, l’étude a été soutenue par le centre de recherche biomédicale du NIHR Great Ormond Street Hospital, le ministère égyptien de l’Enseignement supérieur et une subvention MRC UCL Confidence in Concept.
