L'atrophie musculaire subie par les astronautes lors de leur voyage spatial est peut-être due à une mort cellulaire programmée que l'on appelle apoptose.
L’apoptose est un mécanisme régulateur essentiel qui intervient dans l’homéostasie cellulaire (= équilibre entre prolifération et mort cellulaire), dans l'élimination des cellules excédentaires ou «nuisibles», lors du développement embryonnaire et fœtal, dans l’organisation du système nerveux central, dans l’élaboration du système immunitaire, etc. Ainsi, tout dysfonctionnement de ce programme peut s’avérer délétère pour l’organisme et conduire au développement de diverses pathologies, en particulier le cancer.
En gros, comment ça marche ?
L'apoptose est une forme «physiologique» (et non accidentelle) de mort cellulaire, hautement régulée et qui est indispensable à la survie des organismes multicellulaires. Morphologiquement, l’apoptose correspond à une rétraction progressive de la cellule, avec condensation de la chromatine et du cytoplasme, suivie d'une fragmentation caractéristique de l'ADN aboutissant à la formation de fragments cellulaires ou corps apoptotiques. Les organites intracellulaires contenus dans les corps apoptotiques sont structurellement intacts. L'apoptose ressemble ainsi à une mitose incomplète, sans réplication, avec division de la cellule en multiples fragments conduisant à la perte de viabilité cellulaire. Les corps apoptotiques formés sont ensuite phagocytés par les macrophages ou des cellules épithéliales de voisinage normales.
Ces corps apoptotiques avec une membrane plasmique intacte prévient le relargage des constituants intracellulaires et donc la réaction inflammatoire.
L’apoptose est donc un processus actif et bien contrôlé d’implosion cellulaire.
Pour comprendre précisément pourquoi l'apoptose se déclenche et comment elle se déroule, commençons par le commencement :
Dans les organismes multicellulaires, les cellules qui sont sénescentes, devenues inutiles, ou potentiellement dangereuses sont détruites par ce processus de suicide cellulaire fortement régulé appelé mort cellulaire programmée ou apoptose. Ce programme s’effectue par le biais de protéases (= enzyme qui hydrolyse les protéines et les polypeptides), les caspases, qui déclenchent la mort cellulaire en dégradant des substrats (= substance sur laquelle agit un enzyme en déterminant sa transformation) cellulaires du noyau et du cytoplasme.
Elles existent dans toutes les cellules sous formes de précurseurs inactifs (procaspases) dont l’activation d’un premier groupe de caspases dites initiatrices entraînent l’activation des caspases dites effectrices, notamment la caspase-3, en les hydrolysant en cascade.
Le processus d’activation peut être initié par divers types de signaux intra- et extra-cellulaires. Deux voies principales d’activation sont actuellement identifiées : la voie extrinsèque des récepteurs membranaires, et la voie intrinsèque ou mitochondriale.
Suite aux expériences menées par divers centres de recherches (cf articles expériences), c'est la voie mitochondriale qui nous intéresse dans le cas de l'atrophie musculaire des astronautes.
Il s’agit d’une voie d’activation mise en jeu lorsque les cellules sont lésées ou soumises à un stress : par exemple lorsque la cellule détecte un problème interne comme des dommages de l'ADN dû aux radiations. Dans cette voie d’activation, les mitochondries sont «stimulées» et induisent alors la libération d'une protéine, le cytochrome-c, dans le cytosol (= partie liquide du cytoplasme, sans les organites). Une fois libérée dans le cytosol, le cytochrome-c va se fixer à une protéine adaptatrice (= famille de protéines accessoires à l'action d'une protéine principale dans les mécanismes de transduction de signal) Apaf-1, et va l’activer. Une fois activée, cette protéine Apaf-1 est capable de se lier à la procaspase-9. Il se forme alors un complexe trimoléculaire encore appelé «apoptosome» constitué par le cytochrome-c/Apaf-1/procaspase-9 qui va permettre, toujours par un mécanisme de protéolyse (= hydrolyse des protéines au cours des processus métaboliques sous l'effet d'enzymes), l’activation de la procaspase-9. La caspase-9 active/initiatrice pourra à son tour activer d’autres caspases et notamment la caspase-3 effectrice.
Suite à la phase effectrice, la cellule franchira ou non un point de non retour correspondant à l’étape où le processus apoptotique est enclenché de manière irrémédiable. Cette étape marque le début de la phase de destruction cellulaire avec les caractéristiques morphologiques et biochimiques précédemment décrites.
Bonus : structure des caspases
Les caspases existent normalement dans la cellule sous forme de précurseurs inactifs appelés procaspases. Elles sont successivement activées en cascade, et leur activation conduit irrémédiablement la cellule à sa mort.
Les caspases active sont des tétramères constitué de 2 petites et grandes sous-unités.
En conclusion, dans l'espace, les mitochondries ne sont plus appuyées sur le cytosquelette (voir les muscles ont-ils des récepteurs à la micropesanteur?) et leur ADN est touché par les radiations donc mute plus facilement. Cette situation de stress intense entraîne l'organite à libérer le cytochrome-c et la cascade de réactions suit jusqu'à l'apoptose de la cellule. Ainsi, l'homéostasie est perturbée puisque plus de cellules sont lésées à cause des contraintes extérieures : le nombre de cellules musculaires diminue.
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