Découvrent comment le parasite du paludisme manipule le système immunitaire avec des vésicules d'ARN.

La technologie de l'ARN est considérée comme l'une des frontières les plus récentes de la médecine, mais, en réalité, un innovateur primordial l'a atteinte bien avant nous. Le parasite de la malaria, un ancien organisme unicellulaire, utilise des manœuvres sophistiquées d'ARN depuis des millénaires. Dans une étude publiée récemment dans Cell Reports, des chercheurs de l'Institut de Ciences Weizmann découvrent les stratégies d'ARN du parasite, des mécanismes qui pourraient inspirer des applications inattendues pour les outils basés sur l'ARN dans divers domaines de la médecine.

Il y a plus d'une décennie, la professeure Neta Regev-Rudzki a découvert que le parasite de la malaria, Plasmodium falciparum, qui envahit les globules rouges humains, envoie de minuscules vésicules pour communiquer avec d'autres parasites à l'intérieur d'autres globules rouges. Il a été prouvé que ces nanovésicules (enveloppes en forme de sac destinées à d'autres cellules) transfèrent des fragments d'ADN d'un parasite à un autre. Cependant, Regev-Rudzki et son équipe ont découvert que les vésicules contenaient également une autre charge moléculaire, y compris plusieurs types d'ARN.

Les chercheurs ont raisonné que le parasite astucieux ne transporterait pas son ARN par vésicules sans une bonne raison. Dans la nouvelle étude, l'équipe, du Département des Sciences Biomoléculaires de Weizmann, s'est proposé de déterminer si les vésicules permettaient aux ARN d'effectuer des fonctions au-delà de la messagerie. Étant donné que l'équipe avait précédemment démontré que les nanovésicules pénètrent non seulement dans les globules rouges, mais également dans des cellules immunitaires appelées monocytes, les chercheurs ont suspecté que le parasite pourrait essayer d'altérer les défenses immunitaires de l'hôte.

Ils ont bientôt découvert que le parasite est encore plus rusé qu'ils ne l'imaginaient. L'équipe, dirigée par la Dr. Paula Abou Karam, alors étudiante en doctorat, découvrit que les ARN des vésicules n'étaient pas des fragments aléatoires, mais de l'ARN messager, ou ARNm ; concrètement, des molécules contenant des instructions pour produire l'une des familles de protéines les plus abondantes du parasite. Les parasites pourraient-ils insérer leur propre ARNm dans la machinerie de production de protéines des cellules dans le cytoplasme ?

“Cela semblait incroyable. La cellule protège jalousement son noyau car il abrite son ‘cerveau’”

Contrairement à ce à quoi on s'attendait, aucune trace des protéines parasitaires que l'on pensait que ces ARN produiraient dans le cytoplasme des monocytes n'a été trouvée. Au contraire, à la surprise des chercheurs, les ARN semblaient pénétrer dans les noyaux hautement protégés des cellules immunitaires.

“Cela semblait incroyable”, se souvient Regev-Rudzki, “la cellule protège jalousement son noyau car il abrite son ‘cerveau’. Pour nous convaincre nous-mêmes, ainsi que les autres, que les ARN du parasite pénètrent réellement ces défenses, nous avons dû les observer directement à l'intérieur du noyau”.

Au début, cette tâche semblait presque impossible. Les molécules d'ARN parasitaires sont présentes en quantités extrêmement petites qui se perdent facilement dans le noyau surpeuplé. Une autre difficulté résidait dans le génome du parasite lui-même, qui est inusuellement répétitif, composé principalement de seulement deux lettres génétiques, A et T. Par conséquent, concevoir une méthode suffisamment sensible pour détecter l'ARN du parasite parmi tout le matériel génétique de l'hôte a été un grand défi.

Alerte rouge, pistes fausses : des molécules d'ARN de la malaria (points rouges) observées à l'intérieur des noyaux (bleus) des monocytes (verts) par microscopie confocale de fluorescence.

“Parfois, ce qui détermine le succès ou l'échec d'un projet de recherche est l'étudiant qui le dirige, et c'était l'un de ces cas classiques”, dit Regev-Rudzki. “Paula a accepté le défi et a persévéré pendant un an et demi jusqu'à ce qu'elle y parvienne enfin”.

Abou Karam a développé une sonde fluorescente qui faisait briller de minuscules points rouges à l'intérieur du noyau du monocyte. Chaque point représentait une molécule d'ARNm de la malaria qui avait franchi la barrière nucléaire.

La question suivante était : que faisaient ces ARN là ? Les chercheurs ont découvert qu'une fois à l'intérieur du noyau, l'ARNm du parasite se lie à deux protéines humaines, ACIN1 et PNN, composants clés de la machinerie d'épissage cellulaire. Tout comme le film d'épissage, les cellules utilisent l'épissage pour éditer les transcriptions d'ARN, coupant et réorganisant des segments avant de permettre qu'ils soient traduits en protéines. Cela constitue une étape cruciale de contrôle de qualité : sans un épissage approprié, les ARN n'ont pas de sens et sont généralement écartés avant qu'ils puissent être traduits en protéines.

À ce stade, les chercheurs ont uni leurs forces avec l'équipe du Dr. Zeev Melamed, de l'Université hébraïque de Jérusalem, expert en épissage et ARN. Ensemble, ils ont révélé la manipulation de l'épissage dans les monocytes récepteurs, déchiffrant ainsi la stratégie d'ARN du parasite.

Sabotage dans le noyau

En effet, le parasite interfère avec les communications internes du système immunitaire de l'hôte. En introduisant son ARNm dans les noyaux des monocytes, il interrompt le traitement de l'ARN de la propre cellule hôte. Le résultat est le chaos. Les transcriptions immunitaires essentielles, destinées à produire des protéines qui combattent les infections, sont mal épissées et ensuite envoyées à la dégradation. En conséquence, la production de familles entières de protéines immunitaires est arrêtée.

Alors qu'ils observaient la prise de contrôle des cellules immunitaires, les scientifiques ont découvert que les monocytes manipulés émettaient des signaux de détresse, déclenchant une vague d'activation immunitaire mobilisant plus de cellules immunitaires. Mais pendant que ces cellules se précipitaient pour faire face à la crise apparente au sein des monocytes, la véritable menace — les parasites se multipliant silencieusement dans les globules rouges — passait inaperçue.

“C'est un mécanisme de leurre”, dit Regev-Rudzki. “Comme lancer une grenade dans une direction pour que les gardes courent vers elle, pendant que vous vous déplacez dans une autre”. En trompant les cellules immunitaires et en supprimant des protéines de défense clés, le parasite gagne un temps précieux pour croître et se propager.

Ces découvertes pointent vers un nouvel objectif potentiel pour les médicaments anti-paludiques : des thérapies conçues pour empêcher que les ARN de la malaria n'altèrent la machinerie d'épissage de l'hôte.

Le travail pourrait également ouvrir de nouvelles voies pour le diagnostic, non seulement de la malaria, mais également d'autres maladies infectieuses. Les parasites de la schistosomiase, par exemple, peuvent résider dans l'intestin pendant des années, causant des dommages et restant indétectables dans les analyses de sang standard. Regev-Rudzki croit que ceux-ci, et d'autres parasites, pourraient libérer des vésicules dont les signatures d'ARN dans le sang pourraient révéler leur présence.

Les implications de l'étude vont bien au-delà des maladies infectieuses. Les vésicules abondent dans le corps, et la recherche de leur charge non seulement dans le cytoplasme, mais également dans des endroits inattendus, comme les noyaux, soigneusement protégés, pourrait augmenter les chances d'intercepter ces paquets et de lire leur ARN messager. Cela, à son tour, pourrait nous aider à déchiffrer les mécanismes qui favorisent la maladie. Les stratégies employées par le cancer, par exemple, incluent la libération de vésicules qui influencent le tissu sain environnant. Les vésicules sont également un domaine de recherche actif dans la maladie de Parkinson, la sclérose latérale amyotrophique (SLA) et d'autres maladies neurodégénératives. L'ARN lié aux vésicules circulant dans le sang pourrait un jour servir de biomarqueurs précoces pour ces troubles.

Ont également participé à l'étude Edo Kiper, Shaked Yadid, la Dr. Ewa Kozela, Nir Zharoni, la Dr. Reinat Nevo, Daniel Alfandari, Helina Otesh, Abel Cruz Camacho et le Dr. Ofer Shoshani du Département des Sciences Biomoléculaires de Weizmann ; la Dr. Tamar Ziv du Technion – Institut Technologique d'Israël ; le Dr. Yoav Lubelsky et le Prof. Igor Ulitsky du Département d'Immunologie et de Biologie Régénérative de Weizmann ; les Drs. Ron Rotkopf, Ekaterina Petrovich-Kopitman et Ziv Porat du Département des Installations de Base des Sciences de la Vie de Weizmann ; le Dr. Eviatar Weizman du Centre National de Médecine Personnalisée Nancy et Stephen Grand Israël ; Moshe Cossin de l'Université hébraïque de Jérusalem ; la Dr. Irit Rosenhek-Goldian du Département de Soutien à la Recherche Chimique de Weizmann ; et le Prof. Carmit Levy de l'Université de Tel Aviv.