- Une équipe de l’université de Virginie a observé une structure cellulaire invisible jusqu’à présent, nommée hémifusome, mesurant environ 100 nanomètres et composée de deux vésicules partiellement fusionnées.
- La technique de tomographie cryoélectronique a permis de congeler rapidement les cellules sans altération chimique, révélant cette structure que les méthodes classiques n’avaient jamais détectée.
- Les chercheurs supposent que l’hémifusome participe au recyclage cellulaire et pourrait éclairer la compréhension de maladies comme Alzheimer liées à l’accumulation de protéines anormales.
Concrètement en France
- Cette découverte relève de la recherche fondamentale, sans application médicale immédiate pour les patients en France.
- La tomographie cryoélectronique évoquée ici est une technique d’imagerie de pointe également utilisée par des laboratoires de recherche français, notamment dans les grands organismes publics et les universités.
- Les travaux de biologie cellulaire de ce type sont publiés dans des revues internationales à comité de lecture, et demandent en général confirmation par d’autres équipes avant d’être considérés comme acquis.
- À retenir : découvrir une structure cellulaire ne signifie pas encore en connaître la fonction, ni qu’un traitement en découlera à court terme.
Les repères
- Une équipe de l’université de Virginie a découvert une minuscule structure cellulaire appelée hémifusome, d’un diamètre d’environ 100 nanomètres
- Cette structure ressemble à un bonhomme de neige avec une écharpe, composée de deux vésicules partiellement fusionnées
- L’hémifusome a été observé grâce à la tomographie cryoélectronique (cryo-ET), une technique de congélation rapide permettant des images 3D sans altération chimique
- Son rôle précis reste encore à établir, mais il pourrait participer au tri et au recyclage de protéines dans les cellules humaines
- Les hémifusomes n’ont probablement pas été observés avant car les méthodes classiques avec traitements chimiques et colorations les empêchaient de voir cette structure
- mai : Publication de l’article scientifique sur les hémifusomes dans la revue Nature Communications
Aux États-Unis, une équipe de recherche a observé une minuscule structure cellulaire dont le rôle précis reste encore à établir.
Cette observation a été réalisée à l’université de Virginie, aux États-Unis. Le média scientifique américain Live Science rapporte que cette structure, visible grâce à une méthode d’imagerie très fine, pourrait participer au tri et au recyclage de protéines au sein des cellules humaines.
Une silhouette inattendue à l’intérieur des cellules
Les cellules humaines ne sont pas de simples enveloppes remplies de liquide. Elles abritent de nombreux compartiments spécialisés, appelés organites. Chacun assure une fonction : produire de l’énergie, fabriquer des molécules, transporter des substances ou éliminer certains déchets.
En étudiant des filaments qui contribuent à maintenir la forme des cellules, l’équipe dirigée par Seham Ebrahim, professeure adjointe à l’université de Virginie, a remarqué une forme qui revenait régulièrement dans les images en trois dimensions.
Au départ, les scientifiques ont envisagé une anomalie liée aux images. Cette hypothèse n’a pas résisté aux observations répétées. La structure semble bien faire partie de l’organisation normale de la cellule.
Cette petite formation présente une tête reliée à un corps plus large, séparés par une fine frontière, une apparence comparée à celle d’un bonhomme de neige portant une écharpe.
Les chercheurs lui ont donné le nom d’hémifusome. Son diamètre approche 100 nanomètres, soit une taille inférieure à la moitié de celle d’une petite mitochondrie. Les mitochondries sont souvent décrites comme les centrales énergétiques de la cellule, car elles participent à la production d’énergie utilisable par celle-ci.
Une image obtenue sans coloration chimique
Pour observer cet hémifusome, l’équipe a utilisé la tomographie cryoélectronique, aussi appelée cryo-ET. Cette technique consiste à congeler très rapidement des cellules afin de préserver au mieux leur état et leur architecture interne.
Les chercheurs ont travaillé sur quatre lignées cellulaires cultivées en laboratoire. La congélation rapide a permis de produire des images détaillées en trois dimensions, sans recourir aux traitements chimiques ou aux colorations qui peuvent altérer certains éléments microscopiques.
« C’est comme une image prise à un instant donné, sans aucun produit chimique ni coloration », a expliqué Seham Ebrahim à Live Science.
Selon elle, cette méthode permet d’observer l’intérieur de la cellule dans un état très proche de son état naturel, « comme si elles étaient des boules de verre ».
Les techniques classiques imposent parfois des étapes de préparation agressives. D’après l’article scientifique publié en mai dans la revue Nature Communications, ces manipulations ont pu empêcher l’observation des hémifusomes dans le passé. D’autres méthodes, utilisées pour suivre les mouvements à l’intérieur de cellules vivantes, ne disposeraient pas d’une résolution suffisante : une structure aussi petite peut alors n’apparaître que sous la forme d’un flou.
Deux vésicules partiellement réunies
Les hémifusomes semblent liés à des vésicules. Ces petites poches entourées d’une membrane transportent notamment des protéines et des hormones dans les cellules, ou entre elles.
L’équipe a observé deux vésicules associées d’une façon inhabituelle. Elles ne sont pas totalement fusionnées. Entre elles subsiste une barrière constituée de deux couches de lipides, les matières grasses qui forment les membranes cellulaires.
- Une vésicule forme une partie plus petite, assimilée à la tête.
- La seconde compose une partie plus volumineuse, comparable au corps.
- Les deux membranes restent reliées par une zone de fusion partielle.
- Cette fusion incomplète explique le nom d’hémifusome.
La fusion partielle correspond à une étape où deux membranes se touchent et partagent une partie de leur structure, sans devenir immédiatement une seule membrane continue. Les scientifiques avaient déjà envisagé cette possibilité sur le plan théorique. L’intérêt de ces images tient au fait que ce mécanisme a été vu directement dans une cellule.
« Même du point de vue de la biophysique, c’est une avancée », a déclaré Seham Ebrahim. « C’est la première fois que cela a réellement été observé dans une cellule vivante. »
Un véritable organite ou une étape très brève ?
Seham Ebrahim estime que l’hémifusome peut être qualifié d’organite, car il constituerait une unité fonctionnelle délimitée dans la cellule. Elle le distingue de structures transitoires, qui n’apparaissent que très brièvement lorsque des membranes se forment ou se séparent.
Yi-Wei Chang, professeur adjoint de biochimie et de biophysique à l’école de médecine Perelman de l’université de Pennsylvanie, n’a pas participé aux travaux. Il juge que les résultats indiquent que les hémifusomes sont de véritables intermédiaires cellulaires et non des déformations causées par la congélation.
Dans un message adressé à Live Science, il précise que de futures recherches devront confirmer leur rôle avant de les reconnaître comme une catégorie propre de structures intermédiaires dans les processus de fusion des cellules de mammifères.
Pourquoi cette observation peut intéresser la recherche médicale
À ce stade, les chercheurs peuvent attester la présence des hémifusomes. Ils ne connaissent pas encore leur composition exacte, leur durée de vie ni toutes leurs fonctions.
Seham Ebrahim avance une hypothèse : ces structures pourraient précéder la formation de certains types de vésicules. Elles pourraient aussi contribuer au recyclage ou à l’élimination de membranes cellulaires. Cette fonction éviterait l’accumulation de matériaux susceptibles de perturber le fonctionnement interne de la cellule.
Ce travail ouvre aussi une piste pour mieux comprendre certaines maladies liées à l’accumulation de protéines anormales. La maladie d’Alzheimer est notamment associée à une mauvaise élimination de plaques protéiques dans le cerveau. L’étude ne démontre pas que les hémifusomes causent ou traitent cette maladie. Elle suggère seulement que l’étude des mécanismes de recyclage cellulaire peut aider à éclairer ces phénomènes.
Ce que cela change en France
Cette observation menée aux États-Unis ne correspond ni à une nouvelle règle médicale ni à un traitement accessible aux patients en France. Elle concerne la recherche fondamentale sur les cellules humaines, un domaine international auquel participent aussi des laboratoires français.
Pour les chercheurs en biologie cellulaire, l’enjeu est de comprendre comment les membranes se déplacent, se réunissent et se renouvellent à l’échelle du nanomètre. Ces mécanismes interviennent dans le transport de molécules, la communication entre compartiments cellulaires et l’élimination de certains éléments inutiles.
La tomographie cryoélectronique permet précisément d’observer des structures fragiles dans un état proche de leur organisation naturelle. Elle ne remplace pas les autres méthodes : les scientifiques devront désormais reproduire ces observations, analyser la composition des hémifusomes et suivre leur évolution dans différents types de cellules.
« Sans la tomographie cryoélectronique, nous aurions manqué cette observation », a déclaré Seham Ebrahim, ajoutant qu’il existe probablement encore de nombreuses structures cellulaires que les chercheurs n’ont pas encore identifiées.
