Comment les cellules immunitaires parviennent-elles à trier un grand nombre de protéines prospectifs similaires dans le corps pour détecter les envahisseurs étrangers et lutter contre les infections?



Pour les cellules immunitaires, trouver une protéines étrangères, c'est comme chercher une aiguille dans une botte de foin - où l'aiguille peut ressembler beaucoup à une paille, et quelques pailles peut aussi ressembler beaucoup à une aiguille », note Paul François professeur de physique de l'Université McGill.
Comprendre comment les cellules immunitaires s'attaquent est important, car il pourrait fournir des informations cruciales dans la compréhension des maladies du système immunitaire, comme le sida et les maladies auto-immunes.

Dans une étude publiée le 21 mai dans le journal lettre de révision physique, François et son étudiant Jean-Benoît Lalanne ont utilisé des outils informatiques pour examiner quel genre de solutions des systèmes immunitaires peuvent-ils utiliser pour détecter les petites concentrations d'antigènes étrangers (caractéristique des infections dangereuses) dans une mer d’auto-antigènes" présents d'une façon normale à la surface des cellules.
Les simulations informatiques des chercheurs ont rapporté une solution simple liée au phénomène bien connu par l'adaptation biochimique - un mécanisme biochimique général qui permet aux organismes de s'adapter aux différentes conditions environnementales.
Pour trouver des solutions, l'ordinateur utilise un algorithme inspiré par l'évolution darwinienne. Cet algorithme, conçu précédemment par un groupe de recherche guidé par François, génère de façon aléatoire des modèles mathématiques de réseaux biochimiques. Il a calculé les scores en comparant les propriétés de ces réseaux aux propriétés prédéfinies du système immunitaire. Les réseaux avec les meilleurs scores sont dupliqués dans la prochaine génération et mutés, et le processus est répété sur plusieurs «générations» simulées jusqu'aux réseaux atteignent un score parfait.
Dans ce cas, presque toutes les solutions trouvées sont très proches, parce qu’ils partagent une structure de base commune ou un motif.
«Notre approche a fournit un cadre théorique et une explication plus simple du processus», comme les cellules immunitaires ont fini de trier le "foin" pour détecter les antigènes étrangers et déclenche la réponse immunitaire, dit François. «Nos modèles partagent de nombreuses caractères avec les réseaux immunitaires réels. Très étonnamment, la solution la plus simple qu'on a trouvé a appliqué aux caractéristiques similaires et à certains des points négatifs des cellules immunitaires réels que nous avons étudiées précédemment en collaboration avec des chercheurs tels que Grégoire Altan-Bonnet (Memorial Sloane Kettering, New York), Eric Siggia (Rockefeller University, New York) et Massimo Vergassola (Institut Pasteur, Paris). "