Les premiers événements dans le vieillissement cellulaire révèlent comment le mode de vie et le régime affectent la durée de vie

En expérimentant sur la levure, deux scientifiques américains ont identifié pour la première fois les principaux événements qui surviennent tôt dans le processus de vieillissement des cellules et pourraient expliquer comment les gènes et les facteurs environnementaux tels que le mode de vie et maladies apparentées comme le cancer.
Ils ont été surpris de trouver un mécanisme que les cellules utilisent pour stocker les nutriments peuvent être importants.
Daniel Gottschling et Adam Hughes du Centre de recherche sur le cancer Fred Hutchinson à Seattle, Washington, écrivent sur leurs conclusions dans le numéro en ligne du 21 novembre de La nature.
Gottschling, qui est membre de la division des sciences fondamentales du Centre Hutchinson, explique dans un communiqué pourquoi les résultats sont importants:
"Il y a eu beaucoup dans la littérature scientifique et les médias en général sur la façon dont ce que vous mangez affecte le processus de vieillissement, mais il a été incroyablement déroutant."
"Maintenant, nous avons un nouveau paradigme pour comprendre comment la génétique et l'environnement interagissent pour influencer la durée de vie, le vieillissement et les maladies liées à l'âge. C'est ce qui me passionne vraiment", ajoute-t-il.

Mitochondries et vieillissement

Gottschling et Hughes, un stagiaire postdoctoral dans son laboratoire, ont entrepris de découvrir comment les dommages liés à l'âge se produisent dans les mitochondries, les petites centrales électriques à l'intérieur des cellules qui leur fournissent des unités d'énergie.
Comme Gottschling, qui est également professeur affilié au Département des sciences du génome de l'Université de Washington, explique:
"Normalement, les mitochondries sont de beaux tubes longs, mais au fur et à mesure que les cellules vieillissent, les mitochondries deviennent fragmentées et grosses."
"Les changements de forme observés dans les cellules de levure vieillissantes sont également observés dans certaines cellules humaines, telles que les neurones et les cellules pancréatiques, et ces changements ont été associés à un certain nombre de maladies liées à l'âge chez l'homme", ajoute-t-il.

Faible acidité des vacuoles altère les mitochondries

La raison pour laquelle les mitochondries deviennent difformes et cessent de fonctionner si bien a jusqu'à présent été quelque peu mystérieuse, mais Gottschling et Hughes ont découvert que certains changements à l'intérieur des vacuoles pouvaient être responsables.
Les vacuoles sont de minuscules poches à l'intérieur des cellules de la levure, des plantes et d'autres organismes, qui aident à décomposer les protéines et à stocker les blocs de construction moléculaires ou les nutriments de la cellule. L'équivalent de la vacuole dans les cellules humaines est le lysosome.

Une caractéristique spécifique des vacuoles qui semble être critique pour le vieillissement et le fonctionnement des mitochondries est l’acidité.
Les chercheurs ont découvert que les vacuoles deviennent moins acides au début de la vie d'une cellule de levure. Et lorsque l’acidité baisse, elle empêche les vacuoles de stocker certains nutriments. Cela perturbe l'approvisionnement énergétique des mitochondries, qui à leur tour commencent à se dégrader.
Hughes a testé cet effet: lorsqu'il a empêché les vacuoles de devenir moins acides, les mitochondries ne sont pas devenues difformes et les cellules de levure ont vécu plus longtemps.
"Nous avons été surpris d'apprendre que c'était la fonction de stockage, et non la dégradation des protéines, qui semblait causer un dysfonctionnement mitochondrial chez les cellules de levure vieillissantes." dit Hughes.

La restriction calorique augmente l'acidité des vacuoles

Cette découverte surprenante a conduit les chercheurs à étudier l'effet de la restriction calorique, connue pour prolonger la durée de vie des levures, des vers, des mouches et des mammifères.
Ils ont constaté que la restriction calorique, ou la limitation des matières premières nécessaires aux cellules, semble retarder le vieillissement, au moins en partie, en augmentant l'acidité de la vacuole.
Hughes dit maintenant qu'ils ont des preuves initiales basées sur la levure, de la façon dont la restriction calorique semble prolonger la durée de vie, ils espèrent la traduire aux humains et à d'autres organismes supérieurs.
Bien que des organismes extrêmement différents, en termes de biologie fondamentale de leurs cellules, tels que la façon dont ils consomment, stockent et utilisent les nutriments, la levure et l’homme sont remarquablement similaires.

Implications et prochaine étape

En spéculant sur leurs découvertes, Gottschling et Hughes proposent que l’effet de la baisse de l’acidité dans les vacuoles diminue leur capacité à stocker les nutriments et les métabolites (sous-produits de la dégradation des protéines).
Ils suggèrent que cela amène les mitochondries à utiliser de plus en plus leur énergie pour absorber le surplus: en "brûlant" efficacement leurs moteurs. En fin de compte, il ne leur reste plus assez d'énergie pour apporter les protéines dont ils ont besoin pour conserver leur forme et faire leur travail.
Les chercheurs cherchent maintenant à tester cette idée et ils veulent aussi savoir ce qui déclenche la chute de l’acidité des vacuoles. Ce dernier point est particulièrement intéressant car Bien que l’acidité baisse dans les cellules mères de la levure à mesure qu’elles vieillissent, elle redevient normale dans les cellules filles nouveau-nées, quel que soit l’âge des cellules mères..
Des subventions des National Institutes of Health, de la Fondation Helen Hay Whitney, de l’Université de Washington, de la Fondation Glenn pour la recherche médicale, ainsi que le soutien préliminaire du Fonds d’innovation Hartwell du Centre Hutchinson, ont contribué à financer cette étude.
Écrit par Catharine Paddock PhD