I - Dr Jekyll : en quoi la télomérase est-elle bénéfique pour nos cellules ?
Tous les individus sont issus des multiples divisions de la cellule-œuf* résultant de la fusion entre un spermatozoïde et un ovule. Après plusieurs recherches, les scientifiques ont découvert que la télomérase était une enzyme particulièrement active pendant le développement embryonnaire. Après la naissance, celle-ci ne s'exprime plus que dans certaines cellules. Nous nous sommes alors demandés pourquoi.
Pour comprendre pourquoi, nous allons imaginer ce qu'il se passerait si la télomérase était inactive.
Comme nous l'avons vu précédemment, la limite de Hayflick imposerait à la cellule-oeuf 45 divisions. Pour trouver le nombre de cellules filles issus d'une même cellule, nous faisons le calcul suivant : on multiplie par 2 le nombre de cellules précédentes avec 1 au départ qui représente la cellule-oeuf. Soit 1 x 2 = 2 puis 2 x 2 = 4 puis 4 x 2 = 8 etc ... jusqu'à la 45ème division. On trouve alors qu'une cellule se divisant 45 fois donne naissance à 3,5 x 10^13 cellules. Or, un bébé possède environ 10 x 10^14 cellules soit 2,8 fois plus. 3,5 x 10^13 cellules n'est pas un nombre suffisant pour assurer le fonctionnement des organes. De plus, les 3,5 x 10^13 cellules ont atteints le limite de hayflick, elles sont donc normalement rentrés en sénescence. Ainsi, un bébé viendrait au monde "vieux" puisque la sénescence est à l'origine du vieillissement. La durée de vie serait alors très courte. Ce qui n'est pas le cas.
Ce calcul nous a permis de mettre en évidence l'importance de l'activité de la télomérase dans la formation de tous les êtres vivants. L'enzyme permet d’assurer le développement du fœtus en laissant aux cellules la capacité de se diviser autant de fois que nécessaire pour constituer tous les organes du corps humain : elles peuvent donc se diviser indéfiniment sans que les télomères raccourcissent car la télomérase permet de stabiliser leur longueur.
Puis, leur longueur décline rapidement pendant nos quatre premières années de vie qui correspondent à une période de forte croissance. En effet, à l'âge de 2 ans, l'individu a atteint la moitié de sa taille adulte d'où le raccourcissement important des télomères qui traduit un nombre important de divisions cellulaires. Le raccourcissement des télomères est dû à l'inhibition du gène télomérase par son gène régulateur. Il faut savoir que certains gènes contrôlent l'activité d'autres gènes. Le gène qui régule le gène de la télomérase n'est pas actif pendant la période embryonnaire et dans certaines cellules. Mais, selon la fonction de la cellule, le gène régulateur peut s'active. Il se met à produire une protéine qui vient se fixer sur le promoteur du gène de la télomérase afin que celui-ci ne produise plus l'enzyme .
Par la suite, durant le reste de notre vie, la réduction de la longueur des télomères est plus graduelle, mais elle reste encore élevée jusqu'à ce qu'ils atteignent une longueur de 4 000 pb, ce qui correspond à la limite de Hayflick.
Cependant, pourquoi dans certaines cellules, l'activité de cette enzyme est-elle importante ?
On a remarqué que, chez les cellules souches*, l’activité de l’enzyme télomérase est très élevée. En effet, lorsqu’une cellule souche se divise, une de ses cellules filles "reste" une cellule souche et garde toutes les caractéristiques de ce type de cellule alors que l’autre entame un processus de différenciation qui lui permet de devenir une cellule dite « spécialisée » (comme une cellule du foie, de la moelle osseuse, du cœur, du sang ou un neurone) et perd ainsi les capacités d’une cellule souche.
Ces cellules sont comme les "pièces de rechange" de notre organisme. Nous allons prendre l’exemple d’une cellule sanguine. Ces cellules ont une durée de vie de 120 jours. Ce qui veut dire que tous les 120 jours, il faut une spécialisation d'une cellule souche en cellule sanguine. Il faut bien sûr prendre en compte le fait que nos cellules ne se divisent pas toutes en même temps. Cela signifie que chaque jour des cellules sanguines meurent et sont remplacées par de nouvelles cellules souches qui se sont spécialisées.
On arrive à la conclusion que l’organisme a besoin de cellules souches tout au long de sa vie. Ces cellules ne doivent alors avoir aucune "restriction de divisions". C’est pourquoi l’activité de la télomérase dans ces cellules leur permet de stabiliser la longueur de leurs télomères. Elles acquièrent par conséquent la capacité de se diviser indéfiniment.
Il convient de souligner qu’une fois que ses cellules se sont spécialisées, le gène régulateur du gène hTERT (gène qui exprime la télomérase) s’active et empêche le gène hTERT d’exprimer l’enzyme.
Cellules sanguines Cellules souches
Egalement d'autres cellules, comme les cellules germinales*, présentent une activité importante de l'enzyme télomérase. Ce sont ces cellules qui sont à l'origine de la cellule-oeuf. La femme naît avec une quantité d'ovocytes* qui se sont formés pendant le développement embryonnaire. Pendant la formation du foetus, l'ovaire commence à produire des ovocytes, qui après leur maturation, deviendront des ovules. Cette maturation est obtenue par les nombreuses divisions qu'effectuera l'ovocyte. Pour l'homme, une fois la puberté atteinte, les spermatogonies présentes dans les testicules subissent aussi une maturation grâce aux nombreuses divisions que ces cellules effectueront.
Le maintien des télomères pour ces cellules est indispensable. Sans ces cellules, il ne pourrait y avoir un renouvellement de l'espèce humaine.
On peut conclure que toutes les cellules qui expriment naturellement la télomérase sont des cellules qui ont besoin d'un renouvellement cellulaire important pour maintenir le fonctionnement d'un organe ou de tissue.
Paradoxalement, chez la souris, la télomérase est active dans toutes les cellules contrairement à l’homme. Cependant les souris sont plus sujettes aux cancers que les hommes.
Lors de chaque mitose, l’ADN est répliqué afin de répartir la même information génétique dans chaque cellules issue de la cellule-oeuf grâce au système de réplication. Le nouveau brin d'ADN formé est la copie conforme du brin copié.
Malheureusement, une erreur de réplication peut subvenir. On parle de mutation. Elle est la plupart du temps réparée par la cellule,. Mais, il peut arriver que cette erreur soit mal ou pas du tout réparée. Cette mutation peut être anodine comme elle peut être dangereuse et conduire à une possible oncogenèse*. Imaginons que l’on permette à une cellule de se diviser à l'infini, on lui impose par conséquent une réplication infinie. Il paraît évident que le taux de mutation est plus importante sur 1 000 divisions que sur 50 divisions.
L’inactivation de la télomérase permet de réguler le nombre de divisions d’une lignée cellulaire et donc de limiter le risque de cancérisation. On peut donc conclure que ce système permet de contrecarrer l’apparition de cancer grâce au vieillissement. Effectivement, lorsque nos cellules ont presque atteint la limite de Hayflick, on dit qu'elles rentrent dans le troisième âge ce qui se traduit à l'échelle de l'individu par le vieillissement. C’est pourquoi les scientifiques pensent que ce système aurait été sélectionné au cours de l’évolution et spéculent même sur le fait que le vieillissement est le prix à payer pour éviter l’oncogenèse.
Caryotype* d'un individu âgé (A) comparé à un caryotype d'un jeune individu (B) avec en jaune les télomères.
On voit que sur certains chromosomes du caryotype A, les télomères ont presque disparu.
Pour synthétiser, la télomérase est une enzyme importante pour certaines cellules de notre organisme car elle permet un renouvellement cellulaire sans limite pour les cellules qui en ont besoin.
On peut même aller plus loin et dire que la télomérase est indispensable. Effectivement, une personne souffrant d’une déficience de télomérase - c'est-à-dire que la protéine ne remplit plus ses fonctions - peut être atteinte d’une pigmentation anormale de la peau, d'une dystrophie des ongles*, d'une leucoplasie des muqueuse*, d'hypogonadisme*, d'une insuffisance de la moelle osseuse*, d'une fibrose pulmonaire*, d'un vieillissement accéléré ou d'un dysfonctionnement des cellules souches.
Ces pathologies montrent que la peau et les poumons ont eux aussi besoin d’un renouvellement cellulaire constant. Cependant, son absence dans certaines cellules met en place le vieillissement, système qui prévient le cancer. Malheureusement, ce système n'est pas infaillible.
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