Le professeur Michael Hall, lauréat du prix Balzan 2024, explique comment la recherche d’un nouveau composé découvert sur l’île de Pâques a conduit à des avancées scientifiques significatives dans la compréhension de la croissance cellulaire et du vieillissement.
Parfois, une découverte scientifique apparemment mineure peut se transformer en quelque chose de colossal. Ce fut le cas de l’enquête du professeur Michael Hall sur un composé appelé la rapamycine, découvert à l’origine dans une poignée de sol sur l’île de Pâques dans le Pacifique Sud.
En 2024, il a reçu le prix Balzan pour ses « contributions révolutionnaires » à notre compréhension des mécanismes moléculaires qui régulent la croissance et le vieillissement cellulaire. Basé en Italie, le prix Balzan est un prix international annuel créé pour récompenser des réalisations exceptionnelles dans divers domaines, notamment la science.
Hall est un scientifique américano-suisse dont la base de recherche est au Biozentrum, Centre des sciences moléculaires de la vie de l’Université de Bâle, en Suisse.
Ses découvertes au cours des 30 dernières années ont transformé nos connaissances sur les processus cellulaires liés au vieillissement et aux maladies liées au vieillissement comme le cancer, le diabète et les maladies cardiovasculaires.
Certaines de ces études de recherche ont été soutenues par un financement de l’UE. La reconnaissance mondiale du travail de Hall et son impact retentissant dans les domaines médicaux actuels ont une longue et intéressante histoire derrière elle.
Agent antifongique
Rapamycine a été découvert à l’origine dans des échantillons de sol de l’île de Pâques – connue localement sous le nom de Rapa Nui – et a été isolé d’une bactérie appelée Streptomyces hygroscopique.
Développé à l’origine comme agent antifongique, il a été nommé rapamycine, en référence à ses origines. Cependant, il a été découvert qu’il pouvait supprimer la réponse immunitaire de l’organisme et son utilisation a été réorientée vers le traitement de certaines formes de cancer et la prévention du rejet des greffes d’organes.
Dans les années 1980, lorsque Hall a commencé ses études sur la rapamycine, il était simplement curieux de savoir comment ce composé fonctionnait. Un chercheur de son laboratoire, un médecin nommé Joe Heitman, a pris la décision audacieuse de placer de la rapamycine sur des cellules de levure pour voir ce qui se passait.
Il a été découvert que le composé bactérien importé du Pacifique Sud interagissait avec une enzyme appelée cible de la rapamycine, ou TOR (appelée mTOR chez les mammifères).
Croissance cellulaire
Au début des années 1990, des expériences menées à Bâle suggéraient initialement que l’enzyme contrôlait la division cellulaire – le processus par lequel une cellule mère se divise en deux cellules ou plus, permettant ainsi la reproduction, la croissance et la réparation des tissus.
Cependant, des recherches plus approfondies ont révélé que mTOR coordonne en réalité la croissance cellulaire, augmentant ainsi la taille ou la masse des cellules.
“C’était surprenant car à l’époque personne ne croyait que la croissance cellulaire était activement contrôlée. Elle était considérée comme un simple processus spontané qui se produisait lorsqu’il y avait un apport de nutriments”, explique Hall.
Les chercheurs ont ensuite découvert que la protéine TOR se combine à d’autres protéines pour former une structure complexe qui agit comme une « machine moléculaire » à l’intérieur des cellules. Ce mécanisme régule des processus importants tels que la croissance cellulaire et le métabolisme.
Remarquablement, ce mécanisme est présent non seulement chez les humains, mais également dans une multitude d’autres organismes multicellulaires, notamment les insectes, les plantes et les levures. Cette vaste présence suggère le rôle vital et fondamental de ce mécanisme dans la biologie de toutes les formes de vie complexes.
Prolongation de la vie
Un autre moment clé a été la découverte d’une corrélation entre les TOR et l’apport en nutriments.
“Nous avons montré que TOR contrôle la croissance et le métabolisme en réponse aux nutriments”, explique Hall.
En effet, TOR agit comme un « capteur de nutriments ». Lorsque TOR est actif, les cellules se concentrent sur la croissance et moins sur la maintenance en réponse à la nutrition.
En cas de restriction alimentaire – lorsque l’apport calorique est réduit sans provoquer de malnutrition – l’activité du TOR diminue et les cellules passent en « mode maintenance » au lieu du mode croissance. Cela permet aux cellules de se concentrer sur les processus de réparation, de nettoyer les composants endommagés et de conserver les ressources.
Le vieillissement est fréquemment associé à l’accumulation de dommages cellulaires au fil du temps. La réduction de l’activité TOR résultant d’une restriction alimentaire amplifie les mécanismes de réparation cellulaire et diminue le stress cellulaire généré par des demandes de croissance excessives. Ce phénomène ralentit les processus qui facilitent le vieillissement, comme l’inflammation.
Les études de Hall ont montré que la rapamycine peut imiter les effets de la restriction alimentaire en limitant l’activité du TOR. Cela a conduit d’autres chercheurs à découvrir que la rapamycine prolonge la durée de vie de certains animaux, comme les souris et les mouches.
“Lorsque nous inhibons TOR avec de la rapamycine, cela imite l’effet d’une restriction calorique”, explique Hall.
Cela ralentit le processus de vieillissement et retarde l’apparition de maladies liées à l’âge telles que le cancer et les troubles neurodégénératifs.
“Nous savons actuellement que la rapamycine est l’intervention la plus robuste et la plus reproductible pour prolonger la durée de vie des eucaryotes”, explique Hall. Tous les animaux, plantes, champignons et de nombreux organismes unicellulaires sont des eucaryotes.
Ralentir le développement du cancer
Cette corrélation est au cœur des recherches actuelles sur le vieillissement. C’est également une direction importante de la recherche sur le traitement du cancer.
Puisque le complexe TOR a évolué pour diriger la croissance cellulaire, il n’est peut-être pas surprenant que l’activité de TOR soit impliquée dans la croissance anormale observée dans le cancer.
“On estime que les complexes TOR sont surexprimés et contribuent à la tumorigénicité dans environ 70 % de tous les cancers”, explique Hall.
Des études de recherche financées par l’UE se sont concentrées sur la manière dont la limitation de l’activité TOR à l’aide de la rapamycine pourrait contribuer à ralentir la croissance des cellules cancéreuses et à les rendre plus sensibles aux traitements tels que la chimiothérapie et la radiothérapie.
“Cette recherche a suscité l’intérêt de pratiquement toutes les sociétés pharmaceutiques du monde”, déclare Hall.
Bien que l’inhibition de TOR soit prometteuse, elle peut affecter les fonctions cellulaires normales et induire des effets secondaires tels qu’une immunosuppression et des problèmes métaboliques. Des études de recherche sont en cours pour optimiser ces thérapies et cibler sélectivement les TOR dans les cellules cancéreuses.
Recherche basée sur la curiosité
Partant d’une enquête apparemment simple sur le fonctionnement de cet agent antifongique, Hall a découvert un moyen clé de contrôler la croissance cellulaire, un moyen possible de ralentir le processus de vieillissement et une direction prometteuse pour le traitement du cancer.
“C’est un excellent exemple de l’importance de la recherche motivée par la curiosité”, déclare Hall.
Selon Hall, le financement de l’UE lui a permis de poser des questions, puis encore des questions, en suivant un chemin de découverte totalement inconnu au départ.
“La création du Conseil européen de la recherche a été une bouffée d’air frais pour la science européenne”, déclare-t-il.
Le Conseil européen de la recherche (CER) a été créé par l’UE en 2007 pour soutenir une recherche de pointe d’excellence dans tous les domaines de la science, de l’ingénierie et des sciences humaines. Les bénéficiaires de subventions de la CEC ont reçu un certain nombre de prix scientifiques importants, dont neuf des plus de 30 prix Nobel remportés par des chercheurs financés par l’UE, quatre médailles Fields, onze prix Wolf et bien d’autres encore.
De plus, ce n’est pas la première fois que Hall reçoit des prix pour son travail.
“J’ai eu la chance de remporter de nombreux prix. C’est quelque chose qui ne se démode jamais, c’est une sensation merveilleuse”, dit-il. “C’est comme un énorme compliment. Tout le monde aime les compliments, et c’est une fantastique validation de votre travail en tant que scientifique.”
Article rédigé par Anthony King
La recherche mentionnée dans cet article a été financée par le Conseil européen de la recherche (ERC). Les opinions des personnes interrogées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne.
Plus d’informations
Cet article a été initialement publié dans Horizonla revue européenne de la recherche et de l’innovation.
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