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Le phosphate est essentiel à la vie. Des chercheurs ont découvert une minuscule structure à l'intérieur des cellules animales qui agit comme un réservoir de phosphate, aidant à réguler les niveaux de nutriment à l'intérieur des cellules et déclenchant des processus qui entretiennent les tissus en cas de pénurie. Les chercheurs classent cette structure comme un nouveau type d'organite - des structures fondamentales des cellules, telles que le noyau, les mitochondries et la membrane, qui fonctionnent comme des organes miniatures dans le « corps » de la cellule.

« Il s'agit de l'une des premières études à découvrir le stockage du phosphate dans une cellule animale », explique Rebekka Wild, biologiste structurale au CNRS à Grenoble, qui n'a pas participé à la recherche. « C'est vraiment captivant ».

Dans les plantes, les bactéries et les levures, le phosphate est important pour la croissance cellulaire et aide les cellules à communiquer et à générer de l'énergie. Bien qu'il soit connu pour être essentiel dans les tissus et les cellules animales, peu d'études avaient exploré ses fonctions spécifiques. Charles Xu, généticien à l'Université Rockefeller de New York, était curieux de savoir quel rôle jouait le phosphate dans la régulation du renouvellement des tissus dans l'intestin de la drosophile, un modèle utile pour étudier comment les maladies affectent les cellules de l'intestin humain. « Ce n'est pas vraiment bien connu, en particulier dans les cellules animales », explique Xu.

Découvertes chez les drosophiles


Xu et ses collègues ont nourri des drosophiles ( Drosophila melanogaster ) avec de l'acide phosphonoformique (PFA), qui inhibe l'absorption du phosphore dans les cellules. Lorsque les chercheurs ont coloré les cellules de la muqueuse intestinale des mouches et relevé des images, ils ont remarqué que le manque de phosphate entraînait une augmentation du nombre de cellules. Cette multiplication cellulaire rapide s'est également produite lorsque Xu et ses collègues ont donné aux mouches des aliments contenant 10 % de phosphate en moins que les niveaux standard, indiquant que le phosphate avait effectivement un impact sur le nombre de cellules.

Pour découvrir comment le phosphate avait cet effet, Xu et son équipe ont cherché à savoir si de faibles niveaux de phosphate affectaient l'expression des gènes. Un gène que les auteurs appellent PXo est similaire à un gène de mammifère qui code pour une protéine sensible au phosphate. Xu et ses collègues ont découvert que l'expression de PXo était plus faible lorsque les cellules étaient privées de phosphate. Cette expression génique réduite a également accéléré la division cellulaire. Cependant, la division cellulaire a ralenti lorsque les chercheurs ont modifié le gène pour surexprimer la protéine PXo.

Les chercheurs ont marqué la protéine PXo avec une étiquette fluorescente et ont remarqué qu'elle était associée à un ensemble de structures de forme ovale dans les cellules qui ne semblaient appartenir à aucun des organites connus.

Réservoirs de phospholipides

« Ceux-ci étaient assez visibles, et nous nous demandions ce qu'ils étaient », explique Xu. Lorsque les scientifiques ont examiné de plus près les structures mystérieuses, ils ont vu qu'elles avaient plusieurs couches de membranes et que la protéine PXo transportait du phosphate à travers elles. Une fois à l'intérieur des organites inconnus, le phosphate a été converti en phospholipides, les principaux éléments constitutifs des membranes cellulaires.

Lorsque les cellules de la mouche ont été privées de phosphate, les organites se sont ouverts et ont libéré des phospholipides dans toutes les cellules, indiquant qu'ils fonctionnent comme des réservoirs, explique Xu. Cette panne provoquée a activé la machinerie cellulaire connue sous le nom de Cka, déclenchant un signal de stress qui a augmenté la production de nouvelles cellules. Cela pourrait être un moyen pour la muqueuse intestinale de maintenir les niveaux de phosphate stables, car le nombre accru de cellules peut absorber davantage de nutriments, explique Xu. « Il est avantageux pour l'organisme de régénérer davantage de ces cellules saines », dit-il.

Wild dit que les résultats jettent les bases pour explorer s'il existe des organites similaires stockant le phosphate chez d'autres animaux, y compris les humains. Elle ajoute qu'il pourrait être utile d'approfondir la structure de la protéine PXo, pour comprendre comment elle transporte le phosphate dans les organites. « Ce serait très intéressant, surtout pour les gens qui travaillent en biologie structurale », dit-elle.

Xu dit qu'une prochaine étape pourrait consister à étudier comment ces organites stockant le phosphate interagissent avec d'autres organites et comment leur dynamique change avec le temps. « Cela a ouvert la porte à de nombreuses autres questions », dit-il.
La découverte d'un nouvel organite dans les cellules animales met également en évidence tout ce qu'il reste à apprendre sur la physiologie cellulaire, ajoute Xu. « La beauté est là, elle n'attend que nous pour la découvrir », dit-il.