Le calcium aide à construire des cellules solides

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Chaque fois que vous fléchissez votre biceps ou que vous étirez le muscle du mollet, vous soumettez vos cellules à un stress. Chaque mouvement que nous faisons tout au long de la journée provoque un étirement et une déformation de nos cellules. Mais cette déformation cellulaire peut être dangereuse, et pourrait potentiellement entraîner des dommages permanents à l’ADN de nos cellules, voire un cancer. Alors comment pouvons-nous maintenir notre corps en mouvement sans détruire constamment nos cellules ? Grâce à une nouvelle étude menée par le professeur Kris Noel Dahl, de l’université Carnegie Mellon, spécialiste du génie chimique (ChemE), et le professeur associé Sara Wickström, de l’université d’Helsinki, nous savons maintenant que la réponse réside dans un humble minéral que nous consommons chaque jour.

“En gros, chaque fois que nous fléchissons un muscle, nous risquons d’endommager l’ADN, ce qui pourrait conduire au cancer”, explique M. Dahl. “Ou nous le serions, c’est-à-dire, si ce n’était pas pour le calcium dans nos cellules.”

Leur récent article publié dans Cell marque la première fois que des chercheurs ont montré de manière définitive comment les cellules maintiennent leur intégrité structurelle malgré la contrainte des forces mécaniques.

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“Lorsque les cellules s’étirent et se compriment au cours de nos activités quotidiennes”, explique M. Dahl, “elles doivent réorganiser leurs structures internes pour compenser. Notre étude a montré qu’elles sont capables de le faire grâce au calcium. C’est un peu comme quand on attache un nœud dans un ruban. Quand vous devez changer de main, vous demandez à quelqu’un de mettre son doigt sur le nœud pour le maintenir en place et vous assurer qu’il ne se défait pas. Pour nos cellules, ce “doigt” est du calcium”.

Le calcium est notamment essentiel pour protéger le noyau de la cellule et l’ADN qu’il contient. Lorsque l’étirement mécanique agit sur la cellule, il déforme le noyau, ce qui met en danger l’ADN qui se trouve à l’intérieur. Les cellules saines sont capables de contrecarrer cette déformation en utilisant un ramollissement nucléaire dépendant du calcium, qui permet au noyau de s’étirer sans se rompre. Mais si cette réaction ne se produit pas, l’ADN peut être endommagé, ce qui peut entraîner la mort des cellules, la perte de leur fonction normale ou, dans les cas extrêmes, le cancer.

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“Nos collègues qui font de la recherche en science des matériaux essaient souvent de trouver des matériaux qui réagissent à la force”, explique M. Dahl. “Mais ici, nous avons trouvé des matériaux réagissant activement à l’intérieur de cellules vivantes. Il y a non seulement la réponse rapide grâce au calcium, mais aussi la réponse à plus long terme que les cellules utilisent pour résister à un étirement persistant et de grande amplitude, en modifiant l’épigénétique de la cellule. Cela a des implications passionnantes sur la façon dont les cellules réagissent génétiquement, ainsi que sur la façon dont les tissus réagissent mécaniquement”.

“L’ensemble de ce projet de recherche est un véritable témoignage de l’esprit de collaboration qui règne ici à Carnegie Mellon”, déclare M. Dahl. “Le projet a été conçu lors d’une conférence à Singapour, où le professeur Wickström et moi-même nous sommes rencontrés. Nous avons recueilli les données à l’aide d’un microscope en Finlande, et nous les avons analysées ici à Carnegie Mellon en utilisant des algorithmes que nous avons développés à Pittsburgh. Il s’agit d’une collaboration véritablement mondiale, du type de celle que la culture de la CMU encourage vraiment”.

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Ensuite, les chercheurs utiliseront cette nouvelle compréhension de la façon dont les cellules réagissent à l’étirement pour étudier ce qui arrive aux cellules au cours du processus de vieillissement. En vieillissant, nos cellules et nos tissus ne se déforment plus aussi bien qu’avant, et les conséquences de cette déformation réduite peuvent entraîner un risque accru de dommages cellulaires. La question est de savoir si les cellules ne se déforment pas aussi bien parce qu’elles sont plus rigides, ce qui entraîne un dysfonctionnement cellulaire. Ou bien le dysfonctionnement cellulaire entraîne-t-il une réduction de la déformation ? La prochaine étape consistera à étudier la déformation cellulaire à différents moments du processus de vieillissement, afin de déterminer s’il est possible d’interrompre ce raidissement cellulaire et d’améliorer le fonctionnement des cellules au cours du vieillissement.

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