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Fait marquant

Mise en évidence d’un nouveau rythme biologique


En réalisant des mesures de la masse sèche sur différents types de cellules humaines, des chercheurs de notre laboratoire ont mis en évidence l’existence d’un nouveau rythme biologique d'une durée de 4 heures et qui se manifeste entre deux divisions cellulaires. Ces résultats participent à la compréhension actuelle des horloges biologiques ultradiennes et pourraient potentiellement avoir de fortes implications dans le domaine de la santé.

Publié le 7 décembre 2020
La synthèse des protéines et leur dégradation jouent un rôle majeur dans le fonctionnement de nos cellules, notamment en contribuant à maintenir l’abondance des protéines au sein des cellules en permettant le recyclage des briques élémentaires (acides aminés) et ainsi à conduire à des fonctions biologiques normales. L'abondance des protéines dans la cellule est régulée aux niveaux transcriptionnel, traductionnel et post-traductionnel, d’où sa complexité. L’une des voies de régulations dominantes de la dégradation des protéines intervient via le système Ubiquitine-Protéasome dont la dérégulation peut conduire à des pathologies aussi diverses et variées que des cancers, des désordres neuronaux… Cependant, la façon dont l’ubiquitination des protéines et leur cinétique de dégradation affectent la dynamique du réseau de protéines et le maintien de leur homéostasie (équilibre) n’est toujours pas bien comprise.

En réalisant, par imagerie sans lentille, des mesures de la masse sèche (représentée principalement par les protéines) sur différents types de cellules humaines (Figure), des chercheurs de notre laboratoireont révélé l’existence d’un nouveau rythme biologique. Ce rythme de nature ultradienne (inférieur à 24 heures) se manifeste entre deux divisions cellulaires successives. Il est important de noter que, grâce à l'imagerie sans lentille, ce rythme a pu être observé sur des populations de cellules « natives », c'est-à-dire non fluorescentes et non synchronisées. Ce nouveau rythme biologique, indépendant du rythme circadien, possède une périodicité de 4 heures et est insensible à la température, ce qui est une caractéristique des horloges biologiques. Les chercheurs ont montré que ce rythme était supprimé par des inhibiteurs du protéasome et n’était observé que dans les cellules en prolifération. Il reflète la dynamique périodique de la masse des protéines dans les cellules lors de leur croissance durant le cycle cellulaire.

Ces résultats suggèrent de nouvelles hypothèses stimulantes :
i) En plus de la synthèse de novo des acides aminés nécessaires à la croissance cellulaire, le recyclage massif toutes les 4 heures des acides aminés présents dans les protéines cellulaires pourrait permettre l’adaptation de la cellule à des périodes de carence nutritionnelle ou à des changements micro environnementaux aigus, et ceci à faible coût énergétique.
ii) Il pourrait s’agir d’un moyen d’effacer et de réinitialiser toutes les 4 heures certaines modifications post-traductionnelles résultant des signaux du microenvironnement.
iii) Cette horloge pourrait faire partie d’un système de défense contre les agents pathogènes faisant intervenir leur dégradation massive et la génération d’antigènes de façon périodique, toutes les 4 heures.

Ces résultats participent à la compréhension actuelle des horloges biologiques ultradiennes, du système Ubiquitine-Protéasome, de la régulation du cycle cellulaire, et pourraient potentiellement avoir de fortes implications dans le domaine de la santé.


Dynamique pulsatile de la masse sèche durant l’interphase du cycle cellulaire, superposée sur la croissance moyenne. Cette dynamique a été révélée par une analyse spectrale permettant de filtrer le bruit.
Étude quantitative du cycle cellulaire (croissance cellulaire et prolifération) par microscopie sans lentille à l’échelle de la cellule unique par observation de la cinétique de milliers de cellules en temps réel sur un large champ de vision (29,4 mm2), sur des durées pouvant aller jusqu’à plusieurs jours (plusieurs cycles cellulaires), et avec un taux d’acquisition rapide (5 minutes).
Ubiquitine-Protéasome. Voie de dégradation des protéines caractérisée par deux événements séquentiels : le premier consiste en l’étiquetage des substrats destinés à être dégradés par un polymère de molécules d’ubiquitine ; le second est la reconnaissance puis la dégradation de ces substrats poly-ubiquitinés par un complexe enzymatique multiprotéique, le protéasome.
L'imagerie sans lentille autorise de façon simple et sans marquage, l'observation dynamique de la vie cellulaire, aussi bien à l'échelle microscopique que mésoscopique, sur un large champ de vue et sur des périodes de temps allant de quelques jours à plusieurs semaines.

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En imagerie cellulaire et moléculaire