Comment les DFDs amplifient les réponses immunitaires

Le système immunitaire inné est la première ligne de défense de notre corps contre les envahisseurs nuisibles comme les virus et les bactéries. La façon dont nos cellules réagissent à ces menaces est impressionnante parce qu'elles peuvent détecter de très petites quantités de substances nuisibles connues sous le nom de pathogènes. Même une présence minuscule de pathogène peut déclencher une réponse forte de nos cellules.

Dans ce système, la détection commence avec des récepteurs spéciaux sur nos cellules qui reconnaissent des motifs des pathogènes ou des indicateurs de dommages dans nos propres cellules. Quand ces récepteurs se lient à ces motifs, ils activent une série de protéines qui mènent à diverses réponses, comme l'inflammation et la mort cellulaire. Cette détection et cette réponse peuvent se produire très rapidement, ce qui est crucial car les pathogènes peuvent se répliquer rapidement, ce qui en fait une menace majeure.

#Comment fonctionne la signalisation

Quand un pathogène est détecté, le processus de signalisation commence. Cela se produit quand des motifs spécifiques liés aux pathogènes ou aux cellules endommagées se lient à des récepteurs sur nos cellules immunitaires. Ces récepteurs déclenchent alors d'autres protéines pour passer à l'action. Ces protéines incluent des régulateurs de l'expression génique et des protéines qui induisent la mort cellulaire, souvent en impliquant des protéines intermédiaires appelées adaptateurs.

La plupart de ces interactions entre les protéines réceptrices, les adaptateurs et les protéines qu'elles activent reposent sur certaines structures appelées Domaines de Pliage de Mort (DFDs). Ces DFDs sont des structures anciennes qui aident à la formation de complexes protéiques. Elles se composent de divers types de domaines, chacun jouant un rôle unique dans le processus de signalisation.

#L'importance de l'amplification du signal

Même de petites interactions entre un pathogène et un récepteur peuvent entraîner des réponses immunitaires significatives. Cependant, l'énergie de ces petites interactions à elle seule n'est pas suffisante pour déclencher une réponse immunitaire forte. Donc, les cellules ont besoin d'un moyen d'amplifier ces signaux. Beaucoup de voies de signalisation dans notre corps dépendent de sources d'énergie comme l'ATP pour renforcer les signaux.

En revanche, les DFDs réalisent cette amplification en formant des structures protéiques plus grandes, ce qui rapproche plus de facteurs de signalisation ensemble. Quand ces DFDs se rassemblent, elles peuvent créer des chaînes ou des clusters stables qui améliorent considérablement la signalisation. Fait intéressant, cette formation peut se produire même sans énergie supplémentaire, suggérant un mécanisme unique pour amplifier les signaux.

#Qu'est-ce que la supersaturation ?

Les protéines dans notre corps doivent être de la bonne forme pour fonctionner correctement. Quand les protéines sont fabriquées, elles peuvent se plier dans des formes qui leur permettent de travailler. Certaines protéines peuvent rester coincées dans des formes qui retiennent de l'énergie, attendant le bon moment pour changer en un état plus actif. Cette énergie peut être libérée lorsque les protéines sont stimulées.

Nous avons suggéré que les DFDs pourraient exister dans des formes moins stables qui peuvent rapidement basculer vers des formes actives. La première étape pour former ces clusters actifs est appelée nucléation. La nucléation se produit quand plusieurs morceaux de protéines se rassemblent pour créer un cluster. Ce processus nécessite une certaine quantité d'énergie, connue sous le nom de barrière de nucléation.

L'énergie nécessaire pour ce processus dépend de la concentration des protéines et de leurs structures spécifiques. Dans certains cas, les protéines peuvent rester dans un état "super-saturé" pendant des années jusqu'à ce qu'elles soient poussées à l'action par un stimulus approprié.

#Avantages de la supersaturation des DFDs

La signalisation doit être précise. Un signal donné doit mener à une réponse spécifique. Trop de brouhaha entre différentes voies de signalisation peut être nuisible. Certaines protéines, comme les protéines semblables aux prions, peuvent interagir avec de nombreux facteurs cellulaires et provoquer des maladies. Cela soulève la question de la façon dont ce type de comportement peut fonctionner dans la Signalisation immunitaire où même une mauvaise interaction peut avoir des conséquences désastreuses.

Cependant, il se pourrait qu'un certain niveau d'interaction entre ces protéines puisse rendre les cellules meilleures pour faire face aux pathogènes. Peut-être que les DFDs peuvent agir comme une forme de réserve d'énergie, libérant leur énergie stockée quand un signal est nécessaire.

#Le rôle des DFDs comme réserves d'énergie

Nous proposons que les DFDs soient comme des batteries thermiques dans la biologie. Ces batteries peuvent stocker de l'énergie dans un état super-saturé, prêtes à la libérer quand nécessaire. Cela signifie que quand un pathogène est détecté, les DFDs peuvent rapidement s'activer et amplifier la réponse immunitaire, un peu comme une batterie alimentant un appareil.

Notre hypothèse conduit à plusieurs prédictions. Nous croyons que certaines DFDs existeront dans la cellule dans un état qui leur permettra d'être super-saturées avant qu'un signal ne soit reçu. De plus, plus la protéine est stable dans son état soluble, plus elle sera structurée et stable dans son état actif. En outre, nous nous attendons à ce que les DFDs se super-saturent indépendamment sans compter les uns sur les autres.

Pour tester ces idées, nous avons utilisé diverses méthodes pour analyser les protéines dans des cellules non humaines et humaines.

#Découverte des barrières de nucléation dans les DFDs

Dans nos travaux précédents, nous avons trouvé plusieurs DFDs qui pouvaient être super-saturées dans les cellules. Nous voulions voir si d'autres DFDs partageaient cette propriété. Nous en avons examiné beaucoup, en utilisant des données du génome humain pour identifier celles avec des DFDs.

En analysant les DFDs, nous avons découvert que beaucoup d'entre elles avaient des structures complexes. La plupart de ces protéines sont conçues de manière à pouvoir interagir efficacement les unes avec les autres. Certaines avaient deux DFDs positionnées de près, suggérant qu'elles travaillent efficacement ensemble.

Pour examiner leur comportement, nous avons utilisé des levures qui manquent de ces DFDs et avons introduit des DFDs humaines chez elles. En les laissant croître puis en analysant comment elles formaient des clusters, nous avons vu une variété de comportements - de aucune interaction à un couplage constant à différentes concentrations.

#Informations issues de l'analyse

De notre analyse, nous avons commencé à voir des motifs. Les DFDs qui montraient des signes de pouvoir se regrouper, ou s'associer les unes avec les autres, le faisaient d'une manière qui suggérait qu'elles avaient des barrières de nucléation significatives. C'est une partie cruciale de la fonction des DFDs parce que cela signifie qu'elles peuvent accumuler de l'énergie et réagir efficacement aux signaux des pathogènes.

Fait intéressant, nous avons remarqué que les DFDs avec une plus grande probabilité de s'auto-assembler en structures stables étaient souvent associées à des actions spécifiques dans la signalisation immunitaire. Ceci impliquait que ces protéines jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement de notre système immunitaire et sa réponse aux menaces.

#Observations par microscopie

Pour obtenir un aperçu du comportement des DFDs, nous avons utilisé des techniques d'imagerie à haut débit pour examiner leurs arrangements dans les cellules. Nous avons trouvé que les DFDs avec un comportement discontinu formaient des structures visibles, apparaissant souvent comme de longues fibres en fil. En revanche, les DFDs affichant un comportement continu avaient tendance à former de petits clusters ronds.

Ces observations soutiennent l'idée que les DFDs avec un potentiel d'auto-assemblage plus élevé mènent à des structures cellulaires plus organisées. De plus, il semble y avoir une connexion entre la capacité de ces protéines à former des structures ordonnées et leur efficacité à amplifier le signal.

#Tester les DFDs pour des rôles fonctionnels

Nous étions intéressés de savoir si ces DFDs pouvaient agir comme des batteries, prêtes à amplifier les signaux quand nécessaire. Certaines protéines qui font partie de la réponse immunitaire innée, comme BCL10 et MAVS, ont montré des caractéristiques suggérant qu'elles pourraient être super-saturées.

Nous avons conçu des expériences pour voir si nous pouvions stimuler les DFDs afin qu'elles amplifient les signaux de manière contrôlée. En utilisant l'optogénétique, nous pouvions allumer et éteindre des protéines spécifiques dans des cellules vivantes en réponse à la lumière, ce qui nous permettait d'observer comment les DFDs réagissaient.

#Modèles induits en utilisation

Dans nos expériences, nous avons reconstitué des voies de mort cellulaire pour voir comment les DFDs réagissent sous stress. En activant des protéines spécifiques par stimulation lumineuse, nous pouvions suivre la rapidité avec laquelle les cellules réagissaient et si la mort cellulaire se produisait.

Au début, nous avons remarqué que les paires de protéines super-saturées et régulières s'activaient de manière similaire dans la première minute. Cependant, quand nous avons examiné la persistance des signaux, nous avons trouvé que les protéines super-saturées continuaient à croître en réponse à la stimulation, tandis que les protéines régulières commençaient à s'estomper.

Ce résultat a laissé entendre que la capacité à rester active plus longtemps était liée à l'état super-saturé des DFDs.

#Le rôle des DFDs dans la mort cellulaire

Nous avons tourné notre attention sur la façon dont la supersaturation joue un rôle dans la mort cellulaire programmée dans les cellules immunitaires, en particulier les monocytes. En activant ces cellules avec un signal, nous pouvions observer comment elles réagissaient. Certaines protéines menaient à une mort rapide, tandis que d'autres nécessitaient des signaux supplémentaires.

Nous avons découvert que certains adaptateurs, comme ASC, étaient cruciaux pour ce processus. Même quand nous les avons retirés, un certain degré de mort cellulaire se produisait encore, suggérant qu'il y avait d'autres voies à l'œuvre.

En utilisant l'optogénétique, nous pouvions contrôler si des protéines spécifiques s'agglutinaient ou se dispersaient après avoir été stimulées, nous permettant d'explorer la relation entre l'agglutination des DFDs et la survie ou la mort cellulaire.

#Comment fonctionne l'interactome nucléant

Étant donné que les DFDs partagent des caractéristiques entre elles et sont souvent co-exprimées, nous voulions savoir comment elles interagissent et si ces interactions pouvaient amplifier les signaux. Notre cartographie systématique de ces interactions a révélé que la plupart d'entre elles restent spécifiques à leurs réseaux de signalisation.

Nous avons trouvé que la plupart des interactions de nucléation se produisaient au sein des mêmes voies de signalisation, renforçant leurs rôles dans les réponses cellulaires localisées. Certaines interactions ont été identifiées comme un brouhaha entre les voies, mais ces cas étaient limités.

Cette spécificité suggère que les DFDs peuvent fonctionner indépendamment, empêchant l'activation inappropriée d'autres voies qui pourraient entraîner des réponses nuisibles.

#Résumé des découvertes

L'étude des DFDs a fourni des aperçus fascinants sur la façon dont ces protéines agissent comme des batteries à changement de phase au sein du système immunitaire inné. Elles stockent de l'énergie qui peut être libérée quand nécessaire pour amplifier les signaux immunitaires. Au lieu d'agir comme la plupart des protéines typiques qui fonctionnent dans des états d'énergie limités, les DFDs peuvent rester dans un état super-saturé jusqu'à ce qu'on les appelle.

Nos données soutiennent fortement l'idée que les DFDs contribuent non seulement à l'amplification des signaux, mais agissent aussi comme des centres critiques dans le réseau de signalisation immunitaire. Les perturbations dans ces voies peuvent conduire à des résultats néfastes, soulignant l'importance de comprendre ces mécanismes.

#Conclusion

Comprendre comment fonctionnent les DFDs peut ouvrir des portes à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les maladies causées par des dysfonctionnements du système immunitaire. En étudiant de manière approfondie ces protéines et leurs interactions, nous pouvons mieux saisir la complexité de la signalisation immunitaire et comment notre corps se défend contre les envahisseurs. Cela pourrait mener à des avancées dans la manière dont nous traitons les infections, les maladies auto-immunes et les conditions inflammatoires.