Une étude révèle comment le vieillissement remodèle la chimie des protéines dans le cerveau

Publié le 2024-02-29 10:32:00. Des chercheurs allemands ont découvert que le vieillissement modifie profondément la composition chimique des protéines cérébrales, mais que ces changements pourraient être partiellement inversés par une simple modification du régime alimentaire, ouvrant des perspectives pour la prévention des maladies neurodégénératives.

• Le vieillissement entraîne des altérations significatives dans le processus d’ubiquitylation, un mécanisme clé de régulation des protéines cérébrales.
• Une restriction calorique même de courte durée peut influencer positivement ces modifications moléculaires et restaurer certains marqueurs de jeunesse.
• La capacité des cellules à éliminer les protéines endommagées, via le protéasome, diminue avec l’âge, contribuant au dysfonctionnement cérébral.

À mesure que nous vieillissons, le fonctionnement de notre cerveau change, affectant la mémoire, la réactivité et augmentant le risque de maladies neurodégénératives. Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par le Dr Alessandro Ori de l’Institut Leibniz sur le vieillissement – Institut Fritz Lipmann (FLI) à Iéna, a mis en évidence le rôle crucial d’un processus chimique spécifique, l’ubiquitylation, dans ces transformations. Cette modification agit comme un signal moléculaire qui détermine si une protéine reste active, change de fonction ou est dégradée.

Les protéines cérébrales sont essentielles au bon fonctionnement du cerveau, contrôlant le métabolisme, la transmission des signaux et l’équilibre énergétique des cellules. Pour maintenir cette fonctionnalité, elles doivent être constamment renouvelées ou modifiées chimiquement. L’ubiquitylation joue un rôle central dans ce processus, agissant comme une sorte d’étiquette moléculaire qui marque les protéines destinées à la dégradation et régule leur activité.

« Nos analyses ont montré que le vieillissement induit des changements fondamentaux dans la manière dont les protéines du cerveau sont chimiquement marquées. L’ubiquitylation agit comme un interrupteur moléculaire : elle détermine si une protéine reste active, change de fonction ou est dégradée. Dans le cerveau vieillissant des souris, nous avons observé que ce système finement réglé devient de plus en plus déséquilibré : de nombreuses étiquettes s’accumulent et certaines sont même perdues, quelle que soit la quantité d’une protéine particulière présente. »

Dr Alessandro Ori, ancien chef de groupe de recherche au FLI

Parallèlement à ces changements, le « système de recyclage » cellulaire, incarné par le protéasome – une machine moléculaire chargée de décomposer les protéines endommagées ou inutiles – perd de son efficacité avec l’âge. En conséquence, les protéines marquées pour être éliminées s’accumulent dans le cerveau, témoignant d’un dysfonctionnement de la machinerie de nettoyage cellulaire. Les chercheurs ont estimé qu’environ un tiers des modifications liées à l’âge dans l’ubiquitylation des protéines cérébrales peuvent être directement attribuées à ce déclin de l’activité du protéasome.

« Nos données suggèrent que la capacité réduite des cellules à éliminer complètement les protéines endommagées est un mécanisme central du vieillissement cérébral », expliquent le Dr Antonio Marino et le Dr Domenico Di Fraia, premiers auteurs de l’étude. « L’équilibre délicat entre la synthèse et la dégradation des protéines est perturbé – une caractéristique typique du vieillissement cellulaire. À long terme, cela peut altérer le fonctionnement des cellules nerveuses du cerveau. »

Dans une démarche novatrice, les chercheurs ont ensuite étudié l’influence des changements alimentaires sur ces modèles d’ubiquitylation. Des souris âgées ont été soumises à un régime modéré (restriction calorique) pendant quatre semaines, puis ont retrouvé une alimentation normale. Les résultats ont révélé que cette modification alimentaire, même de courte durée, avait un impact significatif sur le profil d’ubiquitylation des protéines cérébrales, ramenant même certains marqueurs à des niveaux observés chez les jeunes souris.

« Nos résultats démontrent que même à un âge avancé, l’alimentation peut encore exercer une influence importante sur les processus moléculaires du cerveau », souligne le Dr Ori. « Cependant, l’alimentation n’affecte pas tous les processus de vieillissement cérébral de la même manière : certains sont ralentis, tandis que d’autres restent inchangés, voire s’accélèrent. »

Cette étude apporte ainsi de nouvelles connaissances sur les mécanismes moléculaires du vieillissement cérébral et suggère que l’ubiquitylation pourrait servir de biomarqueur sensible des processus de vieillissement. Elle ouvre également des perspectives pour le développement de stratégies visant à ralentir les dommages causés aux cellules nerveuses par l’âge et à mieux comprendre le lien entre la nutrition, l’équilibre protéique et les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d’Alzheimer.