Des scientifiques de l’Université du Texas à Dallas ont découvert un processus unique de « nettoyage » dans les cellules rénales, où le contenu indésirable est éjecté, rajeunissant ainsi les cellules. Ce mécanisme, différent de la régénération typique d’autres organes, pourrait expliquer pourquoi les reins restent en bonne santé toute une vie.
Des scientifiques de l’Université du Texas à Dallas ont identifié un processus de « ménage » jusqu’alors inconnu dans les cellules rénales qui éjecte le contenu indésirable, ce qui donne lieu à des cellules qui se rajeunissent et restent fonctionnelles et en bonne santé.
Cette méthode d’auto-renouvellement unique, distincte des processus de régénération connus dans d’autres tissus corporels, met en lumière la façon dont les reins peuvent maintenir leur santé tout au long de la vie en l’absence de blessure ou de maladie. L’équipe a détaillé ses conclusions dans une étude récemment publiée dans Nature Nanotechnologie.
Contrairement au foie et à la peau, où les cellules se divisent pour créer de nouvelles cellules filles et régénérer l’organe, les cellules des tubules proximaux du rein sont au repos mitotique : elles ne se divisent pas pour créer de nouvelles cellules. En cas de blessure ou de maladie légère, les cellules rénales ont des capacités de réparation limitées et les cellules souches du rein peuvent former de nouvelles cellules rénales, mais seulement jusqu’à un certain point, a déclaré le Dr Jie Zheng, professeur de chimie et de biochimie à l’école. des sciences naturelles et des mathématiques et auteur co-correspondant de l’étude.
« Dans la plupart des scénarios, si les cellules rénales sont gravement blessées, elles mourront et ne pourront pas se régénérer », a déclaré Zheng, titulaire d’une chaire distinguée en sciences naturelles et mathématiques. «Tôt ou tard, votre rein tombera en panne. Il s’agit là d’un défi de taille en matière de gestion de la santé liée aux maladies rénales. Tout ce que nous pouvons faire actuellement, c’est ralentir la progression vers l’insuffisance rénale. Nous ne pouvons pas facilement réparer un organe s’il est gravement blessé ou s’il souffre d’une maladie chronique.
« C’est pourquoi la découverte de ce mécanisme d’auto-renouvellement est probablement l’une des découvertes les plus importantes que nous ayons faites jusqu’à présent. Avec d’excellentes installations de base et un personnel dévoué, l’UTD est un endroit idéal pour mener de telles recherches de pointe.
Des recherches plus approfondies pourraient conduire à des améliorations en nanomédecine et à la détection précoce des maladies rénales, a-t-il déclaré.
Une découverte inattendue
Les chercheurs ont déclaré que leur découverte les avait surpris.
Depuis 15 ans, Zheng étudie l’utilisation biomédicale des nanoparticules d’or comme agents d’imagerie, pour une compréhension fondamentale de la filtration glomérulaire, pour la détection précoce des maladies du foie et pour l’administration ciblée de médicaments anticancéreux. Une partie de ce travail s’est concentrée sur la compréhension de la manière dont les nanoparticules d’or sont filtrées par les reins et éliminées du corps par l’urine.
La recherche a montré que les nanoparticules d’or traversent généralement indemnes une structure du rein appelée glomérule, puis se déplacent dans les tubules proximaux, qui représentent plus de 50 % du rein. Il a été démontré que les cellules épithéliales tubulaires proximales internalisent les nanoparticules, qui finissent par s’échapper de ces cellules pour être excrétées dans l’urine. Mais la manière dont ils s’échappent des cellules n’est pas claire.
En décembre 2021, Zheng et son équipe de chimie – chercheur et auteur principal de l’étude Yingyu Huang PhD’20 et auteur co-correspondant, le Dr Mengxiao Yu, professeur associé de recherche – examinaient des nanoparticules d’or dans des échantillons de tissus tubulaires proximaux à l’aide d’un microscope optique, mais ils ont opté pour l’un des microscopes électroniques (EM) de l’Université pour une meilleure résolution.
De gauche à droite : les chercheurs de l’Université du Texas à Dallas, le Dr Jie Zheng, Yingyu Huang PhD’20 et le Dr Mengxiao Yu, ont récemment publié une étude dans Nature Nanotechnologie décrivant un processus d’auto-renouvellement jusqu’alors inconnu dans les cellules rénales. Crédit:
Université du Texas à Dallas
« En utilisant l’EM, nous avons vu des nanoparticules d’or encapsulées dans des lysosomes à l’intérieur de grandes vésicules dans la lumière, qui est l’espace à l’extérieur des cellules épithéliales », a déclaré Yu.
Les vésicules sont de petits sacs remplis de liquide que l’on trouve à l’intérieur et à l’extérieur des cellules et qui transportent diverses substances.
« Mais nous avons également observé la formation de ces vésicules contenant à la fois des nanoparticules et des organites à l’extérieur des cellules, et ce n’était pas quelque chose que nous avions vu auparavant », a déclaré Yu.
Les chercheurs ont découvert des cellules tubulaires proximales qui s’étaient formées dans leurs membranes luminales dans des renflements orientés vers l’extérieur et contenant non seulement des nanoparticules d’or, mais également des lysosomes, des mitochondries, un réticulum endoplasmique et d’autres organites généralement confinés à l’intérieur d’une cellule. Le contenu extrudé était ensuite pincé dans une vésicule qui flottait dans l’espace extracellulaire.
« À ce moment-là, nous savions qu’il s’agissait d’un phénomène inhabituel », a déclaré Yu. « Il s’agit d’une nouvelle méthode permettant aux cellules d’éliminer leur contenu. »
Un nouveau processus de renouvellement
Le mécanisme d’auto-renouvellement médié par l’extrusion est fondamentalement différent des autres processus de régénération connus – tels que la division cellulaire – et des tâches ménagères comme l’exocytose. Lors de l’exocytose, des substances étrangères telles que des nanoparticules sont encapsulées dans une vésicule à l’intérieur de la cellule. Ensuite, la membrane de la vésicule fusionne avec l’intérieur de la membrane cellulaire, qui s’ouvre pour libérer le contenu vers l’extérieur.
« Ce que nous avons découvert est totalement différent de la compréhension précédente de la façon dont les cellules éliminent les particules. Il n’y a pas de fusion membranaire dans le processus d’extrusion, ce qui élimine l’ancien contenu des cellules normales et permet aux cellules de se mettre à jour avec du nouveau contenu », a déclaré Huang. « Cela se produit, que des nanoparticules étrangères soient présentes ou non. Il s’agit d’un processus intrinsèque et proactif que ces cellules utilisent pour survivre plus longtemps et fonctionner correctement. »
Zheng a déclaré que leurs découvertes ouvrent de nouveaux domaines d’étude. Par exemple, les cellules épithéliales, comme celles des tubules proximaux, se trouvent dans d’autres tissus, comme les parois des artères et dans l’intestin et le tube digestif.
« Dans le domaine de la nanomédecine, nous souhaitons minimiser autant que possible l’accumulation de nanoparticules dans l’organisme. Nous ne voulons pas qu’elles restent coincées dans les reins, il est donc très important de comprendre comment les nanoparticules sont éliminées des tubules proximaux », a déclaré Zheng. « De plus, si nous pouvions apprendre à réguler ou surveiller ce processus d’auto-renouvellement, nous pourrions trouver un moyen de maintenir les reins en bonne santé chez les patients souffrant d’hypertension artérielle ou de diabète.
« Si nous pouvions développer des moyens de détecter la signature de ce processus de manière non invasive, cela pourrait peut-être être un indicateur d’une maladie rénale précoce. »
L’étude a été financée par l’Institut national du diabète et des maladies digestives et rénales, la National Science Foundation et l’Institut de prévention et de recherche sur le cancer du Texas.
