L’usage excessif d’alcool peut interférer avec l’une des capacités les plus remarquables du foie : sa capacité à se réparer et à se reconstruire après une bles. De nouvelles recherches suggèrent que les dommages liés à l’alcool peuvent laisser les cellules hépatiques piégées dans un état intermédiaire anormal, incapables de fonctionner normalement ou de compléter le processus de régénération, même après l’arrêt de la consommation d’alcool.
Des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, de l’Université Duke et du Chan Zuckerberg Biohub de Chicago ont découvert que ce limbo cellulaire semble être provoqué par une inflammation qui perturbe l’épissage de l’ARN, une étape essentielle que les cellules utilisent pour transformer les instructions génétiques en protéines fonctionnelles.
Les résultats, publiés dans Nature Communications, pourraient indiquer de nouvelles façons de diagnostiquer et potentiellement traiter les maladies hépatiques sévères associées à l’alcool.
Pourquoi le foie cesse-t-il de se réparer ?
Le foie est atypique parmi les principaux organes humains car il peut se régénérer après des dommages significatifs ou même après une ablation partielle. Dans des circonstances normales, les cellules hépatiques survivantes peuvent temporairement changer leur identité, se multiplier, puis mûrir à nouveau pour restaurer le tissu perdu.
Cependant, cette capacité peut se dégrader dans le cas des maladies hépatiques associées à l’alcool, qui représentent la principale cause de mortalité liée au foie dans le monde, avec environ 3 millions de décès chaque année.
« Nous savions que le foie cesse de fonctionner et de se régénérer chez les patients souffrant d’hépatite alcoolique et de cirrhose, même après l’arrêt de la consommation d’alcool, mais nous ne savions pas pourquoi », a déclaré le professeur de biochimie de l’U. de I., Auinash Kalsotra, qui a co-dirigé l’étude avec la professeure Anna Mae Diehl de la Duke University School of Medicine. « La seule option de traitement réellement salvatrice une fois qu’un patient atteint le stade de défaillance hépatique dans ces maladies est la transplantation. Mais si nous comprenions pourquoi ces foies échouaient, peut-être pourrions-nous intervenir. »
Kalsotra et Diehl ont passé des années à étudier les processus moléculaires qui permettent au foie de se reconstruire. Leurs travaux antérieurs ont montré que les cellules hépatiques en régénération reprogramment temporairement les gènes qu’elles utilisent.
Pour commencer le processus de réparation, les cellules hépatiques matures reviennent à un état de progéniteur semblable à celui du fœtus. Les cellules progénitrices sont moins spécialisées et peuvent se diviser et produire de nouveaux tissus. Après multiplication, les cellules inversent normalement ce processus et redeviennent des cellules hépatiques matures et pleinement fonctionnelles.
Cette découverte a conduit les chercheurs à s’interroger sur ce qui dysfonctionne dans ce cycle de régénération dans les maladies hépatiques associées à l’alcool.
Les cellules hépatiques piégées dans un limbo
L’équipe a comparé des échantillons de foie sains avec des tissus hépatiques de personnes souffrant d’hépatite alcoolique ou de cirrhose. Les échantillons malades ont été obtenus de l’hôpital Johns Hopkins dans le cadre d’une initiative soutenue par l’Institut national sur l’abus d’alcool et l’alcoolisme, faisant partie des Instituts nationaux de la santé.
Un schéma frappant a rapidement émergé.
Les cellules des foies malades avaient commencé à s’éloigner de leur état mature et à se diriger vers l’état régénératif, mais elles n’étaient pas capables de terminer la transition. Au lieu de cela, elles sont restées piégées entre les deux.
« Elles ne sont ni des cellules adultes fonctionnelles ni des cellules progénitrices prolifératives. Comme elles ne fonctionnent pas, plus de pression s’accumule sur les cellules restantes. Elles essaient donc de se régénérer et finissent toutes dans cet état quasi-progéniteur improductif, et c’est cela qui cause l’échec hépatique », ont déclaré les étudiants diplômés de l’U. de I., Ullas Chembazhi et Sushant Bangru, co-premiers auteurs de l’étude.
Le résultat est un cycle dommageable. À me que plus de cellules entrent dans cet état improductif, moins restent disponibles pour effectuer le travail normal du foie. Les cellules saines restantes font alors face à des demandes accrues et tentent de se régénérer, risquant elles aussi de se retrouver piégées.
Émergence de l’épissage de l’ARN comme problème clé
Pour comprendre ce qui empêchait les cellules de compléter leur régénération, les chercheurs ont examiné les protéines produites à l’intérieur des cellules hépatiques ainsi que les molécules d’ARN portant les instructions génétiques de l’ADN à la machinerie cellulaire qui construit ces protéines.
L’ARN agit comme un intermédiaire entre le code génétique stocké dans l’ADN et les protéines qui effectuent la plupart des travaux d’une cellule. Avant que de nombreuses molécules d’ARN puissent être utilisées, des morceaux doivent être découpés et assemblés lors d’un processus connu sous le nom d’épissage de l’ARN.
Cette étape d’édition est cruciale car différentes combinaisons de segments d’ARN peuvent produire des protéines aux fonctions variées ou les diriger vers différents emplacements à l’intérieur d’une cellule.
Au lieu de mer simplement les quantités totales d’ARN et de protéines, comme le font de nombreuses études, l’équipe de Kalsotra a utilisé le séquençage profond de l’ARN et une analyse computationnelle pour examiner comment les fragments d’ARN étaient épissés.
« En comparant les échantillons, nous avons constaté que l’ARN était largement mal épissé dans la maladie hépatique alcoolique, à travers des milliers de gènes, et cela affectait des fonctions majeures des protéines », a déclaré Kalsotra, également affilié à l’Institut Carl R. Woese pour la biologie génomique de l’Illinois.
L’ampleur du problème était substantielle. Le mal épissage apparaissait à travers des milliers de gènes, potentiellement en altérant le fonctionnement des protéines essentielles dans les cellules hépatiques endommagées.
Une protéine manquante pourrait expliquer les dommages
Les chercheurs ont identifié un possible facteur de ces erreurs généralisées : des niveaux bas d’une protéine appelée ESRP2.
ESRP2 se lie à l’ARN et aide à garantir qu’il est correctement épissé. Dans les cellules hépatiques endommagées par l’alcool, l’équipe a trouvé que l’ESRP2 était déficient.
Les conséquences ne se limitaient pas à la production d’une protéine. Dans de nombreux cas, les erreurs d’ARN altéraient les instructions moléculaires qui indiquent aux protéines où elles doivent se rendre à l’intérieur de la cellule.
« Les protéines fonctionnent à un endroit très spécifique dans la cellule, et cela est dirigé par des séquences à l’intérieur de la protéine qui amènent la protéine à cet endroit particulier. Nous avons constaté que, dans de nombreux cas, la séquence qui détermine où la protéine se localise dans une cellule était mal épissée. C’est pourquoi il était important que nous ayons effectué les multiples analyses que nous avons réalisées », a déclaré Kalsotra, également membre du Chan Zuckerberg Biohub de Chicago. « Il y avait la même quantité d’ARN et de protéine, mais la protéine n’était pas au bon endroit pour fonctionner. En raison du mal épissage, des protéines clés nécessaires à la régénération productive du foie restaient coincées dans le cytoplasme, alors qu’elles devaient se trouver dans le noyau. »
Le noyau contient l’ADN d’une cellule et joue un rôle central dans la régulation de l’activité génique. Le cytoplasme est la zone environnante où de nombreux autres processus cellulaires se produisent. Si les protéines nécessaires à la régénération restent dans le cytoplasme au lieu d’atteindre le noyau, elles peuvent être présentes en quantités normales mais incapables d’accomplir leurs tâches prévues.
Des expériences sur des souris renforcent le lien avec l’ESRP2
Pour tester si la perte de l’ESRP2 pouvait réellement contribuer à l’échec de la régénération, les chercheurs ont étudié des souris dépourvues du gène qui produit la protéine.
Ces animaux ont développé des schémas de lésions hépatiques et d’échec de régénération ressemblant à ce que les scientifiques ont observé chez des personnes atteintes d’hépatite alcoolique avancée.
Cela a soulevé une autre question importante : pourquoi l’ESRP2 était-il réduit en premier lieu ?
Les chercheurs ont retracé le problème à l’inflammation.
Lorsque l’alcool est traité par le foie, il peut endommager les tissus et attirer des cellules immunitaires et des cellules de soutien hépatique vers les zones affectées. Selon l’étude, ces cellules libèrent de hauts niveaux de facteurs inflammatoires et de facteurs de croissance.
Les chercheurs ont découvert que ces signaux suppriment à la fois la production et l’activité de l’ESRP2.
Bloquer l’inflammation a restauré un épissage normal
L’équipe a ensuite testé si l’interruption de l’un de ces signaux inflammatoires pouvait inverser le problème.
Dans des cultures de cellules hépatiques en laboratoire, les chercheurs ont utilisé une molécule qui bloque le récepteur d’un facteur inflammatoire. Après traitement, les niveaux d’ESRP2 ont récupéré, et l’épissage de l’ARN est devenu plus normal.
Ce résultat suggère que cette voie pourrait devenir une cible potentielle de traitement. Plutôt que d’essayer de remplacer directement le tissu hépatique endommagé, les thérapies futures pourraient tenter d’interrompre les signaux inflammatoires qui empêchent les cellules de compléter leur régénération.
Les chercheurs voient également des utilisations potentielles pour le diagnostic. Des molécules d’ARN mal épissées pourraient potentiellement servir de marqueurs biologiques pour aider à identifier ou à surveiller les maladies hépatiques associées à l’alcool.
« J’espère que ces découvertes serviront de tremplin pour de futures études cliniques. Nous pouvons utiliser ces ARN mal épissés comme marqueurs diagnostiques ou développer des traitements qui peuvent réduire l’inflammation. Et si nous pouvons corriger les défauts d’épissage, alors peut-être que nous pourrons améliorer la récupération et restaurer les foies endommagés », a déclaré Kalsotra.
Équipe de recherche et soutien
L’équipe de recherche comprenait également des étudiants diplômés en biochimie de l’U. de I., Diptatanu Das et Subhashis Natua ; des étudiants de premier cycle de l’U. de I., Katelyn Toohill, Ishita Purwar et Anuprova Bhowmik ; Brandon Peiffer et Zhaoli Sun de l’École de médecine de l’Université Johns Hopkins ; Aurelia Leona et Yogesh Goyal de l’Université Northwestern et Rajesh Dutta de l’École de médecine de l’Université Duke.
Les Instituts nationaux de la santé, le Chan Zuckerberg Biohub de Chicago, le Duke Endowment et l’Association de dystrophie musculaire ont soutenu ce travail. Les Instituts nationaux de la santé ont soutenu ce travail par le biais des subventions R01-AA010154, R01-HL126845, R21-HD104039, R01-AA010154, 5R01-DK077794, 1R56-DK1343340 et R24 AA025017.
