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Les cellules se « comprennent » avec les exosomes

Les cellules vivantes sont séparées les unes des autres par des membranes jouant le rôle d’une frontière permettant à chaque cellule de se maintenir dans son type, tout en échangeant métabolites et de multiples signaux. D’innombrables récepteurs membranaires ainsi que des canaux ioniques permettent la réception des signaux véhiculés par des médiateurs ; dont les effets dans la cellule sont produits par une cascade de mécanismes faisant intervenir des protéines transductrices et des seconds messagers comme par exemple l’AMP cyclique. C’est par ce genre de processus que les cellules musculaires se contractent après avoir reçu le signal neuronal véhiculé par des ions et dont l’effet se traduit au niveau des sarcomères par un glissement des filaments d’actine et de myosine. Ce qui a pour effet de raccourcir les sarcomères et de ce fait, produire la contraction du muscle. Les cellules cérébrales communiquent en utilisant des neuromédiateurs aussi connus que la dopamine ou bien les enképhalines. Ces processus s’inscrivent dans une durée assez limitée.

 

Il y a trente ans, les biologistes ont découverts que les cellules peuvent sécréter à partir de la membrane des microvésicules désignées comme exosomes et dont la taille est modeste, entre 30 et 100 nanomètres. Ces exosomes contiennent quelque 20 000 protéines et des ARN découverts il y a quelque dix ans par une équipe suédoise et un groupe de chercheur américains et européens. Parmi ces acides nucléiques ont été identifiés des ARN messagers ainsi que des micro-ARN réduits à quelques 20 nucléotides. Les premiers sont codants et les seconds non codants. La présence d’ARN dans les exosomes a surpris la communauté des biologistes qui ne sont pas encore arrivés au terme de ces recherches. Ces vésicules sortent d’une cellule pour entrer dans une autre. De plus, les ARN véhiculés par un exosomes peuvent être traduits dans la cellule qui les a réceptionnés. Quant aux micro-ARN, ils ont aussi la capacité à influencer la cellule cible en développant des processus assez complexes permettant de réguler l’expression génique.

 

Pour une cellule, la communication est une affaire de vie et de mort. Telle est la sentence introduisant un article de Carrie Arnold sur les exosomes paru dans Quanta magazine. Avec un constat ; depuis cinq ans, les recherches sur les exosomes ont explosé. 135 études en 2013 et 1087 en 2017. Et un constat en guise d’interprétation ; les vésicules extracellulaires se passent des informations d’une cellule à une autre. A l’image d’individus qui dans une entreprise se passent des notices écrites sur du papier. Ces mécanismes de transmission d’informations présentent des similitudes avec les infections virales et sont caractéristiques des processus neuronaux basiques. C’est ce qui transparaît avec la protéine Arc largement présente dans les sécrétions vésiculaires des synapses. Aussi incroyable que cela puisse être, une cellule produirait en une journée l’équivalent de sa circonférence membranaire en vésicules extracellulaires. Cela n’a rien d’étonnant, une cellule est un composant actif, doué de puissance d’exister, et ne peut que s’exprimer par des voies diverses. Les sécrétions vésiculaires sont complémentaire des modes de communications plus convenus que sont les processus réalisés par les canaux ioniques et les récepteurs membranaires.

 

Si les cellules produisent une telle quantité d’exosomes, c’est bien qu’il y a une raison car comme le suggère cette formule d’Aristote toujours valable, la nature ne fait rien en vain. Bien souvent, les découvertes scientifiques se font à partir de similitudes. Ce fut le cas pour la « force » de gravitation découverte par Newton, ou de la sélection naturelle découverte par Darwin en prenant comme modèle la sélection pratiquée par les éleveurs. Le processus biologique des exosomes présente des similitudes avec le processus développé par les virus. Tel est le constat formulé par le codécouvreur du HIV Robert Gallo et son confrère Leonid Margolis. En une formule, les cellules se parlent (ou se comprennent) en utilisant un langage similaire à celui des virus.

 

Plusieurs indices rapprochent les virus des exosomes. D’abord leur taille, quelque 30 nanomètres pour les virus, un peu plus pour les exosomes. Ensuite le mécanisme. Ces deux types de structure sont formés par une enveloppe permettant de sortir d’une cellule pour entrer dans une autre en apportant un contenu informationnel sous forme d’acides nucléiques. Un indice complémentaire est fourni par l’étude de la protéine Arc censée intervenir au niveau neuronal dans les processus d’apprentissage et de mémoire. Cette protéine issue du gène Arc est aussi capable de s’auto-assembler pour former une capside virale, présentant alors des similitudes avec les protéines rétrovirales de la famille Gag. Ces protéines Gag interviennent dans la migration des rétrotransposons qui ne sont pas des rétrovirus à proprement parler mais des éléments d’information génique pouvant passer d’une cellule à une autre (un rétrovirus passe d’un organisme à un autre). En revanche, un virus possède la capacité de se répliquer en d’innombrables exemplaires en utilisant les dispositifs de réplications appartenant à la cellule hôte, alors qu’un sac vésiculaire est incapable de réaliser cette opération. Plusieurs équipes ont mis en évidence le rôle des agrégats de la protéine Arc pour former des vésicules extracellulaire de taille respectable (100 à 300 nm) capable de transmettre des ARN d’un neurone à un autre (E.D. Pasturin et al. Cell, 172, 275-288, 2018). Les cellules échangent du matériel épigénétique et donc des informations essentielles impliquées dans la disposition et la formation des types cellulaires et participant à la détermination d’une identité cellulaire distincte mais reliées aux autres identités cellulaires (hypothèse personnelle).

 

Les mécanismes de communications entre cellules sont très anciens, ce qui amène une question formulée par Margolis. Puisque les vésicules ressemblent aux virus, peut-on penser que les vésicules extracellulaires étaient des virus primitif dont seraient issus les virus infectieux que l’on connaît, ou alors l’inverse ? Les résultats disponibles sur les protéines Gag et Arc ne permettent pas de répondre à cette question qui peut-être, n’a pas vraiment de sens car elle individualise de trop les composants et n’accède pas à un cadrage global d’une situation qui recèle bien plus d’interrogations qu’on ne le pense ; notamment sur la nécessité pour les cellules de communiquer. Car le principe de tout système émergé est que ses parties doivent communiquer sinon il dépérit. C’est valable pour les anciennes civilisations comme pour un organisme vivant et son langage moléculaire.

 

Les questions sur les processus moléculaires et leur ordre systémique sont obérées par un glissement sémantique que les biologistes contournent trop aisément. Le monde cellulaire fonctionne à l’échelle mésocopique (Dugué, 2017-b, chap. 11), autrement dit, sur des distances comprise entre quelques nanomètres et un micromètre. Les descriptions des scientifiques utilisent des notions spécifiques de notre monde macroscopique, autrement dit, des notions la plupart primitives. Par exemple en biologie, mécanisme, rétroaction, transcription, traduction, ou en physique, masse, espace, force. Le sens global des processus moléculaires finit par se perdre. Il manque à la biologie cellulaire un langage plus précis et plus approprié pour interroger les choses. Les cellules se parlent avec les signaux moléculaires et se comprennent avec les signaux vésiculaires. Je n’ai pas échappé au défi du langage mésoscopique que je n’ai pas su relever !

 

L’étude des processus de communication dans les cellules sera décisif pour comprendre la logique du vivant avec éventuellement des applications thérapeutiques. Nous ne sommes pas au bout des surprises. Il manque néanmoins un paradigme, un regard philosophique sur ces résultats. Ce paradigme se dessine. Les cellules ont intérêt à partager des informations géniques. Pourquoi ? J’ai une idée sur la question. Si cette idée se précise, elle sera insérée dans un prochain livre sur les communications dans le vivant.

 

Bernard Dugué

liens utiles

 

Quanta magazine

https://www.quantamagazine.org/cells-talk-in-a-language-that-looks-like-viruses-20180502/

 

Dugué, 2017-b

 

https://iste-editions.fr/products/temps-emergences-et-communications

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