Des scientifiques ont conçu une horloge génétique biosynthétique capable de prolonger considérablement la durée de vie des cellules, comme le rapporte la revue Science. L’étude impliquait une modification génétique du circuit de régulation des gènes qui contrôle le vieillissement cellulaire. Ce circuit a été transformé d’un simple interrupteur à bascule en un oscillateur de gène, un dispositif qui permet de commuter périodiquement la cellule entre deux états âgés préjudiciables. Cette technique permet d’éviter un engagement prolongé dans l’un ou l’autre des états et ainsi de ralentir la dégénérescence cellulaire.
Lorsque le corps vieillit, les cellules individuelles subissent également un processus de vieillissement
L’équipe de chercheurs a mené cette étude sur des cellules de levure et a obtenu une augmentation de 82% de leur durée de vie par rapport aux cellules témoins. Cette recherche innovante, appuyée par des simulations informatiques et la biologie synthétique, pourrait révolutionner les approches scientifiques du retard de l’âge, en allant au-delà des tentatives visant à ramener artificiellement les cellules à un état de « jeunesse ».
Une horloge génétique biosynthétique
Les chercheurs ont désormais l’intention d’étendre leurs recherches aux types de cellules humaines. Les scientifiques construisent une « horloge » génétique biosynthétique en étudiant les cellules de levure pour prolonger la durée de vie. En reprogrammant le circuit de régulation des gènes responsable du vieillissement, les cellules oscillent périodiquement entre deux états nuisibles, ce qui freine leur dégénérescence. Cette méthode innovante, évaluée sur des cellules de levure, a engendré une extension de 82% de la durée de vie et pourrait bouleverser les stratégies de lutte contre le vieillissement.
Modification génétique du circuit de régulation des gènes qui contrôle le vieillissement cellulaire
Le vieillissement de notre corps est intimement lié à celui de nos cellules individuelles. Il y a trois ans, une équipe de chercheurs de l’Université de Californie à San Diego (UCSD) a réussi à décrypter les mécanismes fondamentaux qui régissent ce processus. En identifiant deux trajectoires distinctes que les cellules suivent durant leur vieillissement, les chercheurs ont pu manipuler génétiquement ces processus pour prolonger la durée de vie de ces dernières.
Lorsque notre corps vieillit, nos cellules individuelles subissent également un processus de vieillissement. Il y a trois ans, une équipe de scientifiques de l’Université de Californie à San Diego (UCSD) a découvert les mécanismes fondamentaux qui régulent ce processus. En identifiant deux trajectoires distinctes que les cellules suivent au cours de leur vieillissement, ces chercheurs ont pu manipuler génétiquement ces processus pour prolonger la durée de vie des cellules.
Ces circuits génétiques peuvent fonctionner comme nos circuits électriques domestiques qui contrôlent des appareils tels que des appareils et des automobiles
Pr Nan Hao du département de biologie moléculaire de l’École des sciences biologiques, auteur principal de l’étude et codirecteur de l’Institut de biologie synthétique de l’UC San Diego
Toutefois, selon le groupe de chercheurs de l’Université de Californie à San Diego, les cellules ne vieillissent pas toutes de la même façon et cela est contrôlé par un circuit central de régulation génétique. Pour illustrer ce concept, imaginez une voiture qui vieillit au fur et à mesure que son moteur se détériore ou que sa transmission s’use, mais pas les deux en même temps. L’équipe de recherche de l’UC San Diego a proposé un « processus de vieillissement intelligent » qui prolonge la durée de vie des cellules en faisant passer la détérioration d’un mécanisme de vieillissement à un autre.
Les cellules modifiées montrent l’abondance oscillante d’un régulateur de vieillissement maître
Les chercheurs ont mené une étude novatrice dans laquelle ils ont reprogrammé génétiquement le circuit qui gère le vieillissement cellulaire. Au lieu de fonctionner normalement comme un interrupteur binaire, ils ont créé une boucle de rétroaction négative pour bloquer le processus de vieillissement. Le nouveau circuit opère comme un oscillateur de gènes, agissant comme une horloge pour inciter la cellule à alterner régulièrement entre deux états « âgés » préjudiciables. Cette alternance empêche la cellule de s’engager trop longtemps dans un état donné, ralentissant ainsi sa dégénérescence.
Une prolongation de la durée de vie
Ces avancées ont permis d’augmenter considérablement la durée de vie cellulaire, établissant un nouveau record en termes de prolongation de la vie grâce à des interventions génétiques et chimiques. Les chercheurs de cette étude, comme beaucoup d’ingénieurs électriciens, ont commencé par utiliser des simulations informatiques pour étudier le fonctionnement du circuit de vieillissement du noyau. Cette approche leur a permis de tester différentes idées et de concevoir des modifications avant de les implémenter dans la cellule, ce qui a permis de gagner du temps et de réduire les coûts par rapport aux méthodes génétiques traditionnelles. En somme, cette méthode offre des avantages significatifs en termes d’efficacité pour l’identification de stratégies de prolongation de la durée de vie.
« C’est la première fois que la biologie synthétique guidée par calcul et les principes d’ingénierie ont été utilisés pour reconcevoir rationnellement les circuits génétiques et reprogrammer le processus de vieillissement pour promouvoir efficacement la longévité », selon Hao.
Il y a plusieurs années, une équipe de recherche pluridisciplinaire de l’UC San Diego a commencé à explorer les mécanismes du vieillissement cellulaire, un processus biologique complexe qui sous-tend la longévité humaine ainsi que de nombreuses maladies. Leurs recherches ont mis en évidence que les cellules subissent une cascade de changements moléculaires tout au long de leur vie, qui finissent par les amener à se dégénérer et mourir. Cependant, ils ont également observé que des cellules ayant le même matériel génétique et vivant dans le même environnement peuvent emprunter des voies de vieillissement distinctes. Environ la moitié des cellules vieillissent par un déclin progressif de la stabilité de leur ADN, qui contient l’information génétique, tandis que l’autre moitié vieillit selon un processus lié au déclin de leurs mitochondries, les unités de production d’énergie de la cellule.
La biologie synthétique offre un potentiel prometteur pour repenser les approches scientifiques du retardement du vieillissement. Contrairement à de nombreuses tentatives qui cherchent à forcer les cellules à adopter des états artificiels de « jeunesse » par des moyens chimiques ou génétiques, cette nouvelle recherche démontre qu’il est possible de ralentir les effets du vieillissement en empêchant activement les cellules de suivre une voie inéluctable de déclin et de mort. Les chercheurs ont identifié des oscillateurs de gènes similaires à une horloge comme un système universel pour y parvenir.
Les résultats de leur étude établissent un lien entre l’architecture du réseau de gènes et la longévité cellulaire, ce qui pourrait permettre la conception rationnelle de circuits génétiques pour ralentir le vieillissement, expliquent les chercheurs. Pour mener à bien leur recherche, l’équipe a étudié les cellules de levure de Saccharomyces cerevisiae en tant que modèle de vieillissement des cellules humaines. Ils ont utilisé la microfluidique et la microscopie accélérée pour suivre les processus de vieillissement tout au long de la durée de vie de la cellule.
Des cellules de levure ont été synthétiquement recâblées et vieillies sous la direction d’un dispositif oscillateur synthétique, ce qui a entraîné une augmentation de 82% de leur durée de vie par rapport aux cellules témoins vieillissant dans des conditions normales. Selon les chercheurs, cette extension de la durée de vie est la plus importante observée chez la levure en perturbant le génome.
Selon Hao, « Nos cellules oscillatrices vivent plus longtemps que n’importe quelle souche identifiée précédemment pour leur longévité grâce à des criblages génétiques impartiaux. » Les auteurs ont déclaré que leur travail représentait une preuve de concept réussie de l’application de la biologie synthétique pour reprogrammer le processus de vieillissement cellulaire, ouvrant la voie à la conception de circuits génétiques synthétiques pour promouvoir efficacement la longévité chez des organismes plus complexes.
L’équipe de recherche élargit actuellement ses investigations au vieillissement de différents types de cellules humaines, notamment les cellules souches et les neurones.
SOURCE : SciTechDaily
Traduit de l’anglais
