Ed Schmidt, professeur au département de microbiologie et d’immunologie des collèges d’Agriculture et de Lettres et de sciences de MSU, a travaillé avec des équipes de recherche de Hongrie, de Suède et du Japon sur le projet, publié plus tôt ce mois-ci dans la revue Science Advances. Le mécanisme, a déclaré Schmidt, est un outil jusqu’alors inconnu que les cellules peuvent utiliser pour protéger leurs protéines contre les dommages irréversibles causés par des processus cellulaires appelés réactions redox, qui sont courants et nécessaires mais qui, en excès, peuvent causer des dommages importants.

« Les réactions Redox sont toute réaction où vous déplacez des électrons d’une molécule à une autre », a déclaré Schmidt. « Presque tout ce qui se passe dans nos cellules, chimiquement et énergiquement, implique le transfert d’électrons. Mais il est essentiel que ceux-ci soient maintenus en équilibre. Nos cellules investissent énormément d’efforts et de machines pour maintenir le bon équilibre redox. »

La découverte faite par l’équipe de Schmidt se concentre sur les atomes de soufre faisant partie des molécules de protéines à l’intérieur des cellules. Lorsque les cellules sont exposées à des facteurs de stress externes – des aliments que les humains mangent, des produits chimiques auxquels les cellules sont exposées ou à un certain nombre d’autres sources -, le stress oxydatif peut endommager certaines parties des protéines. On pensait auparavant que les cellules n’avaient aucun moyen d’inverser cette oxydation, s’appuyant plutôt sur la fabrication de nouvelles protéines pour remplacer celles endommagées. Cependant, a déclaré Schmidt, il semble que nos cellules soient parfois capables de se protéger en ajoutant un atome de soufre supplémentaire sur les sulfures existants dans certaines molécules de protéines. Ensuite, lorsque la cellule est exposée au stress, seul ce soufre supplémentaire est endommagé et peut ensuite être clivé par la cellule, laissant derrière elle une protéine entière et intacte.

« Nous soupçonnons qu’une fois l’exposition commencée, il est trop tard pour que la cellule le fasse », a déclaré Schmidt. « Nous pensons que les cellules ont déjà un sous-ensemble de protéines dans cet état avec des atomes de soufre supplémentaires, ce qui les rend probablement inactives, mais en quelque sorte en réserve. Ces protéines en réserve sont endommagées, mais peuvent être réparées et permettent à la cellule de commencer la récupération pour fabriquer de nouvelles protéines. »

Des dommages oxydatifs extrêmes peuvent provoquer des mutations de l’ADN, a déclaré Schmidt. Lorsque ces mutations s’accumulent, certaines preuves indiquent un risque accru de cancers, de maladies inflammatoires et de maladies telles que la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer et le diabète. Cette nouvelle découverte pourrait contribuer à des progrès futurs en médecine en aidant à prédire ou même à atténuer ces problèmes de santé, si les cellules humaines peuvent utiliser ce mécanisme plus efficacement, a déclaré Schmidt, ajoutant qu’il existe même des applications potentielles pour des procédures médicales telles que les greffes d’organes.

« Pendant les transplantations, l’organe traverse une période où il n’a pas d’oxygène ni de flux sanguin, mais une fois qu’il est transplanté, il reçoit une ruée de sang oxygéné qui provoque une explosion de stress oxydatif », a déclaré Schmidt. « Maintenant que nous commençons à comprendre ces mécanismes, nous pouvons peut-être faire quelque chose de plus sophistiqué pour permettre aux cellules d’un organe transplanté de se préparer et de se protéger. »

L’équipe de recherche de Schmidt, qui fait également partie de la Station d’expérimentation agricole du Montana, a travaillé avec quatre autres équipes qui ont apporté une expertise en chimie biologique du soufre, en biologie redox, en biologie cellulaire et en signalisation cellulaire du monde entier. Les prochaines étapes de cette recherche, a déclaré Schmidt, consistent à étudier exactement comment les cellules parviennent à ajouter ces molécules de soufre supplémentaires et comment ce processus est régulé.

« Il est possible qu’en comprenant davantage ce système, nous puissions progresser », a déclaré Schmidt.  » Comprendre certains de ces mécanismes nous permet de proposer de nouvelles idées. »