Les bactéries intestinales recâblent secrètement le cerveau – une nouvelle étude révèle comment

En utilisant une nouvelle technique pour examiner comment les glucides modifient les protéines, les scientifiques ont constaté que les bactéries intestinales peuvent influencer les signatures moléculaires dans le cerveau.

Notre intestin abrite des milliards de bactéries, qui jouent un rôle crucial dans notre santé et notre maladie. Une étude récente des chercheurs d’Embl Heidelberg révèle que ces bactéries intestinales peuvent déclencher des changements moléculaires importants dans l’un de nos organes les plus vitaux – le cerveau.

Publié dans Biologie structurelle et moléculaire de la naturel’étude est la première à démontrer que les bactéries intestinales peuvent influencer la façon dont les protéines du cerveau subissent une glycosylation, un processus dans lequel les glucides modifient les protéines. Cette percée a été rendue possible par une méthode nouvellement développée appelée DQGLYCO, qui permet aux chercheurs d’analyser la glycosylation avec une échelle et une précision plus importantes que jamais.

Une nouvelle façon de mesurer la glycosylation

Les protéines sont les chevaux de bataille de nos cellules et leurs principaux éléments constitutifs. Les sucres, ou glucides, en revanche, font partie des principales sources d’énergie du corps. Cependant, la cellule utilise également des sucres pour modifier chimiquement les protéines, modifiant leurs fonctions. C’est ce qu’on appelle la glycosylation.

«La glycosylation peut affecter la façon dont les cellules se fixent les unes aux autres (adhésion), comment elles se déplacent (motilité) et même comment elles se parlent (communication)», a expliqué Clément Potel, premier auteur de l’étude et chercheur d’équipe Savitski. «Il est impliqué dans la pathogenèse de plusieurs maladies, notamment le cancer et les troubles neuronaux.»

Cependant, la glycosylation a traditionnellement été notoirement difficile à étudier. Seule une petite partie des protéines dans la cellule est glycosylée et concentrant suffisamment d’entre elles dans un échantillon pour étudier (un processus appelé «enrichissant») a tendance à être laborieux, coûteux et long.

« Jusqu’à présent, il n’a pas été possible de faire de telles études à une échelle systématique, de manière quantitative et avec une reproductibilité élevée », a déclaré Mikhail Savitski, chef d’équipe, scientifique principal et chef de l’installation de la protéomique Core à Embl Heidelberg. «Ce sont les défis que nous avons réussi à surmonter avec la nouvelle méthode.»

DQGLYCO utilise des matériaux de laboratoire facilement disponibles et à faible coût, tels que des billes de silice fonctionnalisées, pour enrichir sélectivement les protéines glycosylées à partir d’échantillons biologiques, qui peuvent ensuite être identifiés et mesurés avec précision. En appliquant la méthode aux échantillons de tissus cérébraux de souris, les chercheurs pourraient identifier plus de 150 000 formes glycosylées de protéines («protéoformes»), une augmentation de plus de 25 fois par rapport aux études précédentes.

La nature quantitative de la nouvelle méthode signifie que les chercheurs peuvent comparer et mesurer les différences entre les échantillons de différents tissus, lignées cellulaires, espèces Etc.

L’un des exemples les plus courants de microhétérogénéité est les groupes sanguins humains, où la présence de différents groupes de sucre sur les protéines dans les globules rouges détermine le groupe sanguin (A, B, O et AB). Cela joue un rôle majeur dans la décision du succès des transfusions sanguines d’un individu à l’autre.

La nouvelle méthode a permis à l’équipe d’identifier une telle microhétérogénéité sur des centaines de sites protéiques. « Je pense que la prévalence généralisée de la microhétérogénéité est quelque chose que les gens avaient toujours supposé, mais cela n’avait jamais été clairement démontré, car vous devez avoir une couverture suffisante des protéines glycosylées pour pouvoir faire la déclaration », a déclaré Mira Burtscher, un autre premier auteur de la Étude et doctorant Savitski Team.

De l’intestin au cerveau

Compte tenu de la précision et du pouvoir de la méthode, les chercheurs ont décidé de l’utiliser pour répondre à une question biologique exceptionnelle. En collaboration avec le groupe de Michael Zimmermann à EMBL, ils ont ensuite testé si le microbiome intestinal a eu un effet sur les signatures de glycosylation qu’ils avaient observées dans le cerveau. Zimmermann et Savitski font tous deux partie du thème transversal des écosystèmes microbiens chez EMBL, qui a été introduit par le programme EMBL 2022-26 «Molécules aux écosystèmes».

« Il est connu que les microbiomes intestinaux peuvent affecter les fonctions neuronales, mais les détails moléculaires sont largement inconnus », a déclaré Potel. «La glycosylation est impliquée dans de nombreux processus, telles que la neurotransmission et la direction axonale, nous voulions donc tester s’il s’agissait d’un mécanisme par lequel les bactéries intestinales ont influencé les voies moléculaires dans le cerveau.»

Fait intéressant, l’équipe a constaté que par rapport aux «  souris sans germes  », à savoir des souris cultivées dans un environnement stérile, de sorte qu’elle manque complètement de microbes dans et sur leur corps, des souris colonisées avec différentes bactéries intestinales avaient des schémas de glycosylation différents dans le cerveau. Les modèles modifiés étaient particulièrement apparents dans les protéines connues pour être importantes dans les fonctions neuronales, telles que le traitement cognitif et la croissance des axones.

Les ensembles de données de l’étude sont ouvertement disponibles via une nouvelle application dédiée pour d’autres chercheurs. De plus, l’équipe est également curieuse si les données peuvent être utilisées pour informer les prédictions sur les sites de glycosylation, en particulier chez différentes espèces. Pour cela, ils ont utilisé apprentissage automatique Approches telles que Alphafold – L’outil basé sur l’IA pour prédire les structures protéiques reconnues avec le prix Nobel de la chimie 2024.

« En formant les modèles sur les données de la souris, nous pouvons commencer à prédire ce qui pourrait être la variabilité des sites de glycosylation chez l’homme, par exemple », a déclaré Martin Garrido, un post-doc étude. «Il pourrait être très utile pour les personnes qui étudient d’autres organismes pour les aider à identifier les sites de glycosylation dans leurs protéines d’intérêt.»

Les chercheurs travaillent également à l’application de la nouvelle méthode pour répondre à des questions biologiques plus fondamentales et à comprendre le rôle fonctionnel que la glycosylation joue dans les cellules.

Référence: «Découvrir la dynamique et l’hétérogénéité de la glycosylation des protéines à l’aide de glycoprofil quantitatif profond (DQGlyco)» par Clément M. Potel, Mira Lea Burtscher, Martin Garrido-Rodriguez, Amber Brauer-Nikonow, Isabelle Becher, Ceamile Le SUEUR, ATHANASIO Mikhail M. Savitski, 10 février 2025, Biologie structurelle et moléculaire de la nature.
Doi: 10.1038 / s41594-025-01485-W