En étudiant les cellules de levure, les chercheurs construisent une « horloge » génétique biosynthétique pour prolonger la durée de vie


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    La durée de vie humaine est liée au vieillissement de nos cellules individuelles. Il y a trois ans, un groupe de chercheurs de l’Université de Californie à San Diego a déchiffré les mécanismes essentiels du processus de vieillissement. Après avoir identifié deux directions distinctes que suivent les cellules au cours du vieillissement, les chercheurs ont manipulé génétiquement ces processus pour prolonger la durée de vie des cellules.

    Comme décrit le 28 avril 2023 dans Science, ils ont maintenant étendu cette recherche en utilisant la biologie synthétique pour concevoir une solution qui empêche les cellules d’atteindre leurs niveaux normaux de détérioration associés au vieillissement. Les cellules, y compris celles des levures, des plantes, des animaux et des humains, contiennent toutes des circuits de régulation des gènes qui sont responsables de nombreuses fonctions physiologiques, dont le vieillissement.

    “Ces circuits génétiques peuvent fonctionner comme nos circuits électriques domestiques qui contrôlent des appareils tels que des appareils électroménagers et des automobiles”, a déclaré le professeur Nan Hao du département de biologie moléculaire de l’École des sciences biologiques, auteur principal de l’étude et codirecteur de l’UC San Diego. Institut de biologie synthétique.

    Cependant, le groupe de l’UC San Diego a découvert que, sous le contrôle d’un circuit central de régulation des gènes, les cellules ne vieillissent pas nécessairement de la même manière. Imaginez une voiture qui vieillit soit lorsque le moteur se détériore, soit lorsque la transmission s’use, mais pas les deux en même temps. L’équipe de l’UC San Diego a imaginé un “processus de vieillissement intelligent” qui prolonge la longévité cellulaire en cyclant la détérioration d’un mécanisme de vieillissement à l’autre.

    Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont recâblé génétiquement le circuit qui contrôle le vieillissement cellulaire. De son rôle normal fonctionnant comme un interrupteur à bascule, ils ont conçu une boucle de rétroaction négative pour bloquer le processus de vieillissement. Le circuit recâblé fonctionne comme un dispositif semblable à une horloge, appelé oscillateur de gène, qui pousse la cellule à basculer périodiquement entre deux états “vieillis” nuisibles, évitant un engagement prolongé dans l’un ou l’autre et ralentissant ainsi la dégénérescence de la cellule.

    Ces progrès ont entraîné une durée de vie cellulaire considérablement prolongée, établissant un nouveau record de prolongation de la vie grâce à des interventions génétiques et chimiques.

    Comme le font souvent les ingénieurs électriciens, les chercheurs de cette étude ont d’abord utilisé des simulations informatiques du fonctionnement du circuit de vieillissement du cœur. Cela les a aidés à concevoir et à tester des idées avant de construire ou de modifier le circuit dans la cellule. Cette approche présente des avantages en termes de gain de temps et de ressources pour identifier des stratégies efficaces de pro-longévité, par rapport aux stratégies génétiques plus traditionnelles.

    « C’est la première fois que la biologie synthétique guidée par calcul et les principes d’ingénierie sont utilisés pour reconcevoir rationnellement les circuits de gènes et reprogrammer le processus de vieillissement afin de promouvoir efficacement la longévité », a déclaré Hao.

    Il y a plusieurs années, l’équipe de recherche multidisciplinaire de l’UC San Diego a commencé à étudier les mécanismes du vieillissement cellulaire, un processus biologique complexe qui sous-tend la longévité humaine et de nombreuses maladies. Ils ont découvert que les cellules suivent une cascade de changements moléculaires tout au long de leur vie jusqu’à ce qu’elles finissent par dégénérer et mourir. Mais ils ont remarqué que les cellules du même matériel génétique et dans le même environnement peuvent voyager le long de voies de vieillissement distinctes. Environ la moitié des cellules vieillissent par un déclin progressif de la stabilité de l’ADN, où l’information génétique est stockée. L’autre moitié vieillit selon une trajectoire liée au déclin des mitochondries, les unités de production d’énergie des cellules.

    La nouvelle réalisation de la biologie synthétique a le potentiel de reconfigurer les approches scientifiques du retard de l’âge. Distincte des nombreuses tentatives chimiques et génétiques visant à forcer les cellules dans des états artificiels de “jeunesse”, la nouvelle recherche fournit la preuve qu’il est possible de ralentir les tiques de l’horloge du vieillissement en empêchant activement les cellules de s’engager sur une voie prédestinée de déclin et de mort, et les oscillateurs de gènes en forme d’horloge pourraient être un système universel pour y parvenir.

    “Nos résultats établissent un lien entre l’architecture du réseau de gènes et la longévité cellulaire qui pourrait conduire à des circuits de gènes conçus de manière rationnelle qui ralentissent le vieillissement”, notent les chercheurs dans leur étude.

    Au cours de leurs recherches, l’équipe a étudié Saccharomyces cerevisiae cellules de levure comme modèle pour le vieillissement des cellules humaines. Ils ont développé et utilisé la microfluidique et la microscopie accélérée pour suivre les processus de vieillissement tout au long de la durée de vie de la cellule.

    Dans l’étude actuelle, les cellules de levure qui ont été recâblées synthétiquement et vieillies sous la direction de l’oscillateur synthétique ont entraîné une augmentation de 82 % de la durée de vie par rapport aux cellules témoins qui ont vieilli dans des circonstances normales. Les résultats ont révélé “l’extension de durée de vie la plus prononcée chez la levure que nous ayons observée avec des perturbations génétiques”, ont-ils noté.

    “Nos cellules oscillatrices vivent plus longtemps que n’importe laquelle des souches les plus durables précédemment identifiées par des cribles génétiques impartiaux”, a déclaré Hao.

    “Notre travail représente un exemple de preuve de concept, démontrant l’application réussie de la biologie synthétique pour reprogrammer le processus de vieillissement cellulaire”, ont écrit les auteurs, “et peut jeter les bases de la conception de circuits de gènes synthétiques pour promouvoir efficacement la longévité dans des organismes plus complexes. .”

    L’équipe étend actuellement ses recherches au vieillissement de divers types de cellules humaines, notamment les cellules souches et les neurones.

    Houssen Moshinaly

    Rédacteur en chef d'Actualité Houssenia Writing. Rédacteur web depuis 2009.

    Blogueur et essayiste, j'ai écrit 9 livres sur différents sujets comme la corruption en science, les singularités technologiques ou encore des fictions. Je propose aujourd'hui des analyses politiques et géopolitiques sur le nouveau monde qui arrive. J'ai une formation de rédaction web et une longue carrière de prolétaire.

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