IA : percer les secrets du vieillissement

Un mécanisme responsable du vieillissement s’est avéré universel chez des types d’animaux différents, y compris les humains.

• Une nouvelle étude révèle que la longueur des gènes est étroitement liée aux changements moléculaires qui se produisent pendant le vieillissement
• Les organismes maintiennent un équilibre entre l’activité des gènes courts et longs
• Avec l’âge, cet équilibre est perturbé et l’activité se déplace vers les gènes courts, accélérant le vieillissement
• « Le vieillissement est un déséquilibre subtil, loin de l’équilibre » qui oblige vos cellules à déployer plus d’efforts pour fonctionner correctement
• Ces découvertes pourraient ouvrir la voie à des traitements médicaux capables de ralentir, voire d’inverser, les signes biologiques du vieillissement

Des chercheurs de l’Université Northwestern ont fait une découverte révolutionnaire en utilisant l’intelligence artificielle pour analyser les données de tissus provenant d’humains, de souris, de rats et de killifish. Ils ont découvert un mécanisme clé qui contrôle le vieillissement : la longueur des gènes. Cette découverte pourrait changer notre compréhension des changements moléculaires qui se produisent au cours du vieillissement.

Les cellules doivent maintenir un équilibre délicat entre l’activité des gènes longs et courts. Des chercheurs ont découvert que la longueur des gènes est liée à la durée de vie : les gènes longs sont associés à une vie plus longue, tandis que les gènes courts sont associés à une vie plus courte. Ils ont également constaté que l’activité des gènes liés au vieillissement change en fonction de leur longueur. Avec l’âge, l’activité se déplace vers les gènes courts, provoquant un déséquilibre dans l’activité des gènes dans les cellules.

Une découverte presque universelle

Des chercheurs ont fait une découverte en étudiant plusieurs animaux, y compris les humains. Ils ont analysé de nombreux tissus, tels que le sang, les muscles, les os et les organes (foie, cœur, intestins, cerveau et poumons), et ont découvert un modèle commun. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à des traitements capables de ralentir le rythme du vieillissement, voire inverser. L’étude a récemment été publiée dans la revue Nature Aging.

« Les changements dans l’activité des gènes sont très petits, et ces petits changements impliquent des milliers de gènes », a déclaré Thomas Stoeger de Northwestern, qui a dirigé l’étude. « Nous avons constaté que ce changement était cohérent dans différents tissus et chez différents animaux. Nous l’avons trouvé presque partout. Je trouve très élégant qu’un seul principe relativement concis semble expliquer presque tous les changements dans l’activité des gènes qui se produisent chez les animaux à mesure qu’ils vieillissent. »

Le déséquilibre des gènes provoque le vieillissement parce que les cellules et les organismes travaillent pour rester équilibrés. C’est ce que les médecins désignent comme étant l’homéostasie.

Luís A.N. Amaral de Northwestern, auteur principal de l’étude

« Imaginez un serveur portant un grand plateau. Ce plateau doit avoir tout équilibré. Si le plateau n’est pas équilibré, le serveur doit faire des efforts supplémentaires pour lutter contre le déséquilibre. Si l’équilibre dans l’activité des gènes courts et longs change dans un organisme, la même chose se produit. C’est comme si le vieillissement était ce déséquilibre subtil, loin de l’équilibre. Les petits changements dans les gènes ne semblent pas être un gros problème, mais ces changements subtils pèsent sur vous, nécessitant plus d’efforts », a déclaré Luís A.N. Amaral de Northwestern, auteur principal de l’étude. Expert en systèmes complexes, Amaral est professeur de génie chimique et biologique Erastus Otis Haven à la McCormick School of Engineering de Northwestern. Stoeger est chercheur postdoctoral dans le laboratoire d’Amaral.

Regard à travers les âges

Pour mener l’étude, les chercheurs ont utilisé de vastes ensembles de données, dont le Genotype-Tissue Expression Project financé par les National Institutes of Health. Ils ont commencé par analyser des échantillons de tissus de souris âgées de 4 à 24 mois et ont découvert un changement dans la longueur médiane des gènes entre 4 et 9 mois, suggérant un processus précoce. L’équipe a ensuite étudié des échantillons de rats âgés de 6 à 24 mois et de killifish âgés de 5 à 39 semaines.

« Il semble déjà qu’il se passe quelque chose tôt dans la vie, mais cela devient plus prononcé avec l’âge », a déclaré Stoeger. « Il semble qu’à un jeune âge, nos cellules soient capables de contrer les perturbations qui conduiraient à un déséquilibre de l’activité des gènes. Puis, soudainement, nos cellules ne sont plus en mesure de le faire. »

Après avoir étudié les animaux, les chercheurs se sont intéressés aux humains. Ils ont examiné les changements dans les gènes humains à différents âges : de 30 à 49 ans, de 50 à 69 ans et de 70 ans et plus. Ils ont découvert que des changements mesurables dans l’activité des gènes en fonction de leur longueur se produisaient dès l’âge moyen.

« Le résultat pour les humains est très fort parce que nous avons plus d’échantillons pour les humains que pour les autres animaux », a déclaré Amaral. « C’était également intéressant parce que toutes les souris que nous avons étudiées sont génétiquement identiques, du même sexe et élevées dans les mêmes conditions de laboratoire, mais les humains sont tous différents. Ils sont tous morts de causes différentes et à des âges différents. Nous avons analysé des échantillons d’hommes et de femmes séparément et avons trouvé le même modèle. »

Changements « au niveau des systèmes »

Les chercheurs ont découvert que chez tous les animaux étudiés, des milliers de gènes différents subissaient des changements subtils avec l’âge. Cela signifie que le vieillissement n’est pas causé par un petit nombre de gènes, mais plutôt par des changements à l’échelle du système. Cette vision va à l’encontre des approches biologiques traditionnelles qui se concentrent sur l’étude des gènes individuels. Depuis les débuts de la génétique moderne au début du 20ème siècle, de nombreux chercheurs espéraient pouvoir expliquer des phénomènes biologiques complexes par l’action de gènes uniques. Bien que certaines maladies, comme l’hémophilie, soient causées par des mutations monogéniques, cette approche étroite n’a pas encore permis d’expliquer les nombreux changements qui se produisent dans les maladies neurodégénératives et le vieillissement.

« Nous nous sommes principalement concentrés sur un petit nombre de gènes, pensant que quelques gènes expliqueraient la maladie », a déclaré Amaral. « Donc, peut-être que nous n’étions pas concentrés sur la bonne chose avant. Maintenant que nous avons cette nouvelle compréhension, c’est comme avoir un nouvel instrument. C’est comme Galilée avec un télescope, regardant l’espace. Regarder l’activité des gènes à travers cette nouvelle lentille nous permettra de voir les phénomènes biologiques différemment. »

Gènes et protéines

Stoeger a eu une idée brillante après avoir examiné les vastes ensembles de données compilés. Beaucoup de ces données avaient déjà été utilisées par des chercheurs de la Feinberg School of Medicine de l’Université Northwestern et dans d’autres études. Sa réflexion l’a conduit à examiner les gènes en fonction de leur longueur.

La longueur d’un gène est basée sur le nombre de nucléotides qu’il contient. Chaque chaîne de nucléotides se traduit par un acide aminé, qui forme ensuite une protéine. Un gène très long donne donc une grosse protéine contrairement à un gène court qui donne une petite protéine. Selon Stoeger et Amaral, pour atteindre l’homéostasie, une cellule doit avoir un équilibre entre les grosses et les petites protéines. Les problèmes surviennent lorsque cet équilibre est perturbé. Bien que les gènes longs soient associés à une durée de vie accrue, les gènes courts jouent également un rôle important dans le corps en aidant à combattre les agents pathogènes.

« Certains gènes courts pourraient avoir un avantage à court terme sur la survie au détriment de la durée de vie ultime », a déclaré Stoeger. « Ainsi, en dehors d’un laboratoire de recherche, ces gènes courts pourraient aider à la survie dans des conditions difficiles au détriment de la réduction de la durée de vie ultime de l’animal. »

Liens présumés avec la COVID-19 longue

Cette découverte pourrait aider à comprendre pourquoi notre corps met plus de temps à guérir à mesure que nous vieillissons. Même une petite blessure comme une coupure de papier peut prendre plus de temps à guérir chez une personne âgée. Cela pourrait être dû à un déséquilibre dans les cellules qui réduit leur capacité à combattre la blessure.

« Au lieu de simplement s’occuper de la coupure, le corps doit également faire face à ce déséquilibre d’activité », a émis l’hypothèse d’Amaral. « Cela pourrait expliquer pourquoi, avec le temps, avec le vieillissement, nous ne gérons pas les défis environnementaux aussi bien que lorsque nous étions plus jeunes. »

Cette découverte pourrait également aider à comprendre des maladies comme la longue COVID-19. Lorsqu’une maladie commence, des milliers de gènes changent dans tout le corps. Ainsi, même si un patient se remet du virus initial, d’autres parties du corps peuvent subir des dommages. « Nous connaissons des cas où les infections, principalement virales, entraînent d’autres problèmes plus tard dans la vie », a déclaré Amaral. « Certaines infections virales peuvent conduire au cancer. Les dommages s’éloignent du site infecté et affectent d’autres zones de notre corps, qui est alors moins capable de lutter contre les défis environnementaux. »

Espoir d’interventions médicales

Les résultats de cette recherche pourraient ouvrir de nouvelles voies pour le développement de thérapies visant à inverser ou ralentir le vieillissement. Selon les chercheurs, les traitements actuels ne font que cibler les symptômes du vieillissement plutôt que la cause elle-même. Amaral et Stoeger comparent cela à prendre du Tylenol pour réduire une fièvre au lieu de traiter la maladie qui l’a causée.

« Les fièvres peuvent survenir pour de très nombreuses raisons », a déclaré Amaral. « Cela pourrait être causé par une infection, qui nécessite des antibiotiques pour guérir, ou causée par une appendicite, qui nécessite une intervention chirurgicale. Ici, c’est la même chose. Le problème est le déséquilibre de l’activité des gènes. Si vous pouvez aider à corriger le déséquilibre, alors vous pouvez vous attaquer aux conséquences en aval. »

Cette étude a été menée par une équipe de chercheurs de Northwestern, dont Richard Morimoto, professeur de biosciences moléculaires au Weinberg College of Arts and Sciences; le Dr Alexander Misharin, professeur agrégé de médecine à Feinberg; et le Dr G.R. Scott Budinger, professeur Ernest S. Bazley de maladies des voies respiratoires à Feinberg et chef des soins pulmonaires et intensifs à Northwestern Medicine.

L’étude a été financée par le département américain de la Défense, les National Institutes of Health, la National Science Foundation et le Veterans Administration Medical Center.

SOURCE : SciTechDaily
Traduit de l’anglais