En vieillissant, les cellules du corps nous abandonnent. Comment est-ce arrivé? Et est-ce inévitable ?
En vieillissant, les cellules du corps nous abandonnent. Comment est-ce arrivé? Et est-ce inévitable ? Selon la "théorie du corps jetable", le corps devient superflu pour la survie de l'espèce une fois qu'un organisme s'est reproduit.
Si vous pouviez décider par vous-même à quoi ressembleraient vos dernières semaines, jours, heures et minutes, que choisiriez-vous ? Par exemple, aimeriez-vous rester en forme physiquement et mentalement jusqu'à la dernière minute puis partir rapidement ? Beaucoup de gens disent qu'ils préfèrent ce scénario, mais je pense qu'il y a un hic. Si vous vous sentez bien une minute, vous ne voulez évidemment pas tomber mort la suivante. Et pour votre famille et vos amis, votre mort subite serait un grand choc. D'un autre côté, il n'est pas non plus amusant d'être démoli de manière atrocement lente pendant des années par une maladie en phase terminale ou de voir la personnalité d'un être cher se dissoudre progressivement dans les brumes de la démence.
Nous préférons ne pas trop penser à la fin de vie. Néanmoins, il est logique, au moins occasionnellement, de réfléchir à ce genre de questions et de formuler clairement les objectifs de la médecine dans la pratique clinique et la recherche médicale. Il est également important de se demander dans quelle mesure la science peut nous aider à déjouer la mort.
Nous vivons plus longtemps
On dit souvent que nos ancêtres vivaient la mort plus sereinement, ne serait-ce que parce qu'ils y étaient beaucoup plus souvent confrontés. Il y a seulement cent ans, l'espérance de vie moyenne dans le monde occidental était d'environ 25 ans inférieure à ce qu'elle est aujourd'hui. Cela s'explique principalement par le fait que tant d'enfants et de jeunes adultes sont morts prématurément de diverses causes. Un quart des enfants mouraient d'une infection avant leur cinquième anniversaire, des jeunes femmes succombaient souvent à des complications lors de l'accouchement et un jeune jardinier n'avait qu'à ouvrir la main sur une épine pour contracter une septicémie mortelle.
Au cours du siècle dernier, l'assainissement, la qualité de l'eau potable et les soins médicaux se sont tellement améliorés que peu de personnes meurent en bas âge. En conséquence, la population dans son ensemble est plus âgée que jamais. Et l'espérance de vie dans le monde continue d'augmenter. Dans les pays riches, au moins cinq heures sont ajoutées chaque jour, et dans les pays en développement, qui sont à la traîne, cela va encore plus vite. La principale cause de décès aujourd'hui est le processus de vieillissement lui-même et les diverses maladies qui l'accompagnent. Les plus connus sont le cancer, dans lequel les cellules se multiplient de manière incontrôlable, ou la maladie d'Alzheimer, dans laquelle les cellules du cerveau meurent prématurément.
Il y a à peine vingt ans, les démographes étaient convaincus que la tendance historique à l'allongement continu de l'espérance de vie allait bientôt s'arrêter. De nombreux chercheurs pensaient que le processus de décomposition était programmé dans la biologie humaine, de sorte que le moment de la mort est plus ou moins fixe.
Personne ne s'attendait à ce que l'espérance de vie continue d'augmenter. Les politiciens et autres décideurs politiques ont été complètement pris par surprise. La science aussi doit encore s'habituer à l'idée que le processus de vieillissement n'est pas si implacable et que la durée de vie moyenne n'a pas encore atteint sa limite. Nous continuons à vieillir, mais on ne sait pas tout à fait pourquoi. Parce que le taux de mortalité diminue également chez les personnes très âgées, l'espérance de vie humaine a atteint un niveau qui est terra incognita pour la science. Si les idées actuelles sur le vieillissement humain ne tiennent plus, quelle certitude nous reste-t-il ? Que sait réellement la science sur le processus de vieillissement ?
Il n'est pas toujours facile d'accepter de nouvelles idées. Après tout, les scientifiques sont aussi des humains, et nous avons tous grandi avec des hypothèses assez rigides sur la façon dont le corps vieillit. Il y a quelques années, je conduisais à travers l'Afrique avec ma famille lorsqu'une chèvre s'est retrouvée devant les roues de notre voiture et est morte sur le coup. Quand j'ai raconté à ma fille de six ans ce qui s'était passé, elle m'a demandé :« Était-ce une gamine ou une vieille ? Je lui ai demandé pourquoi elle voulait savoir. "Eh bien, si c'était une vieille chèvre, c'est moins un problème, parce qu'elle n'aurait pas si longtemps à vivre de toute façon," répondit-elle. Cette réponse m'a fait réfléchir. Lorsque les enfants ont des idées aussi sophistiquées sur la mort à un si jeune âge, il n'est pas surprenant que la science moderne ait du mal à s'habituer au fait que la plupart de ce que nous pensions savoir sur le vieillissement est faux.
Pour avoir une idée des opinions actuelles sur le vieillissement, commençons par imaginer un corps qui se meurt. Le dernier souffle est expiré, la mort s'installe et la vie est finie. À ce stade, cependant, la plupart des cellules du corps sont encore en vie. Dans l'ignorance béate de ce qui vient de se passer, ils continuent d'exercer au mieux de leurs capacités les fonctions métaboliques qui rendent la vie possible :ils extraient l'oxygène et les nutriments de l'environnement et les utilisent pour générer l'énergie nécessaire à la production de protéines et d'autres composants cellulaires. et faites-le fonctionner.
Après un certain temps, les cellules meurent par manque d'oxygène. Avec leur mort vient aussi la fin de quelque chose d'incroyablement vieux. Chaque cellule du corps qui vient de mourir fait partie d'une chaîne ininterrompue de divisions cellulaires qui remonte à quatre milliards d'années, jusqu'à l'apparition des premières cellules vivantes.
La mort est inévitable. Pourtant, certaines des cellules de votre corps ont une qualité merveilleuse qui se rapproche le plus possible de l'immortalité sur cette terre. Lorsque vous mourrez, une infime fraction de vos cellules perpétuera cette lignée immortelle, et seulement si vous avez des enfants. Pour chaque enfant que vous concevez ou donnez naissance, une seule de vos cellules échappera à la destruction finale :un spermatozoïde ou un ovule. Les enfants naissent, grandissent, mûrissent, se reproduisent, etc.
Cette tournure des événements révèle non seulement le destin de nos corps mortels, mais aussi que la lignée cellulaire dont nous faisons partie est, pour ainsi dire, immortelle. La question centrale de la recherche sur le vieillissement, d'où découlent toutes les autres questions, est la suivante :pourquoi l'évolution n'a-t-elle pas assuré que toutes nos cellules participent à l'immortalité apparente de la lignée germinale, la lignée dite germinale ? Cette question a été soulevée pour la première fois par le biologiste allemand du XIXe siècle, August Weismann, et une réponse m'est venue à l'esprit alors que j'étais assis dans le bain par une froide soirée d'hiver au début de 1977. Je pense que mon hypothèse, que j'ai appelée la théorie du soma jetable, explique en grande partie le vieillissement observé chez les différentes espèces animales et végétales.
Pourquoi nous vieillissons
La théorie est mieux comprise lorsque l'on considère les difficultés que les cellules et les organismes complexes doivent surmonter pour survivre. Les cellules sont constamment endommagées :des mutations se produisent dans l'ADN, les protéines sont endommagées, les radicaux libres détruisent la membrane, etc. Pour maintenir la vie, les données génétiques doivent être copiées et traduites en permanence, et nous savons que la machinerie moléculaire qui accomplit toutes ces tâches, aussi merveilleuse soit-elle, n'est pas parfaite. Compte tenu de toutes ces menaces, il est en fait assez étonnant que la lignée germinale soit immortelle.
Les cellules vivantes fonctionnent constamment sous la menace que leurs activités soient perturbées, et la lignée germinale n'est pas non plus à l'abri. Le fait que la lignée germinale ne s'éteigne pas à cause d'une avalanche d'erreurs est dû, d'une part, aux mécanismes très sophistiqués de la cellule pour s'entretenir et se réparer, et, d'autre part, à sa capacité à se débarrasser des éléments les plus erreurs graves à travers des tours de compétition répétés.
Les spermatozoïdes sont produits en grandes quantités, et généralement seul un bon spécimen peut féconder un ovule. En outre, beaucoup plus d'ovocytes sont produits qu'ils ne peuvent éventuellement devenir des œufs et ovuler, et un contrôle de qualité strict élimine ceux qui ne répondent pas aux normes élevées. Et si des erreurs se glissent encore à travers tous ces mécanismes de contrôle, il y a toujours la sélection naturelle comme arbitre ultime qui détermine quels individus sont suffisamment "aptes" (au sens évolutif) pour transmettre leurs gènes aux générations futures.
Une fois que la nature a accompli l'exploit miraculeux de faire croître un corps complexe à partir d'une seule cellule - l'œuf fécondé - il devrait être relativement simple de maintenir ce corps indéfiniment, comme l'a souligné le biologiste évolutionniste George Williams. . En effet, il existe des organismes multicellulaires qui normalement ne vieillissent pas. Le polype d'eau douce du genre Hydra, par exemple, présente une capacité de survie extraordinaire. En vieillissant, sa mortalité n'augmente pas et il ne devient pas moins fertile, et même s'il est accidentellement coupé en morceaux, un minuscule fragment peut repousser en un corps complet. Le secret de l'éternelle jeunesse du polype d'eau douce est très simple :tout son corps est infusé de cellules sexuelles. Si la lignée germinale immortelle est omniprésente, il n'est pas surprenant qu'un polype d'eau douce individuel ait la vie pratiquement éternelle, à condition qu'il ne succombe pas à des blessures ou qu'il soit mangé.
Chez la plupart des animaux multicellulaires, cependant, la lignée germinale est exclusivement située dans le tissu des gonades, là où les spermatozoïdes et les ovules sont produits. Cela a de grands avantages. Au cours de la longue histoire de l'évolution, cela a permis aux autres cellules de se spécialiser en cellules nerveuses, musculaires, hépatiques, etc., et sans ces cellules spécialisées, aucun organisme complexe ne peut apparaître - que ce soit un Triceratops ou un être humain. .
Cependant, cette division du travail a eu des conséquences considérables sur la façon dont un organisme vieillit et combien de temps il peut vivre. Si les cellules spécialisées ne jouaient plus de rôle dans la survie de l'espèce, elles n'avaient pas à être immortelles. Ils pourraient mourir paisiblement une fois que le corps aurait transmis son patrimoine génétique à la génération suivante.
Choisissez ou partagez le nec plus ultra
Combien de temps ces cellules spécialisées peuvent-elles survivre ? En d'autres termes, quel âge pouvons-nous avoir, nous et d'autres organismes complexes, ? La réponse à cette question pour chaque espèce dépend en grande partie des menaces auxquelles les ancêtres lointains ont été confrontés dans l'environnement dans lequel ils ont évolué et de l'énergie nécessaire pour maintenir le corps en bonne forme.
La grande majorité de tous les êtres vivants meurent à un jeune âge d'accidents, d'infections, de manque de nourriture ou d'avoir été mangés. Les souris sauvages, par exemple, vivent dans un environnement où elles sont exposées à de nombreux dangers. Une souris sauvage vit rarement plus d'un an. Les chauves-souris, en revanche, courent beaucoup moins de danger, car elles peuvent voler. De plus, l'entretien du corps coûte cher et les ressources sont généralement limitées.
De l'énergie que le corps absorbe en une journée, une partie peut être utilisée pour la croissance, une partie pour le mouvement ou le travail physique et une partie pour la reproduction. Une partie de l'énergie peut également être stockée sous forme de graisse, comme réserve pour les périodes de pénurie, mais une grande partie est brûlée juste pour réparer les innombrables erreurs qui se produisent chaque seconde. De plus, certaines des rares ressources sont utilisées pour vérifier et corriger le code génétique responsable de la production constante de nouvelles protéines et d'autres molécules essentielles. Enfin, il y a aussi les mécanismes énergivores de traitement des déchets qui nettoient les résidus moléculaires.
Et c'est là qu'intervient la théorie du corps jetable. Cette théorie soutient que, comme un fabricant produisant un article de tous les jours, les espèces en évolution doivent peser différents coûts et avantages. Il n'est pas rentable d'investir dans l'immortalité potentielle si l'environnement est si dangereux que l'organisme est susceptible de mourir dans un avenir prévisible. Pour la survie de l'espèce, il suffit qu'un individu reste en vie et en bonne santé assez longtemps pour pouvoir se reproduire.
À toutes les étapes de la vie, jusqu'au tout dernier moment, le corps fait tout pour rester en vie. En d'autres termes, il n'est pas programmé pour vieillir et mourir, mais pour survivre. Mais sous l'immense pression de la sélection naturelle, les espèces sont finalement obligées d'accorder une plus grande priorité à l'investissement dans la croissance et la reproduction - à la préservation de l'espèce - qu'à la construction d'un corps qui ne s'use jamais. Ainsi, le vieillissement résulte de l'accumulation constante des différents dommages que les cellules et les molécules ont subis au cours de la vie et qui n'ont pas été réparés.
Il n'existe donc pas, pour ainsi dire, un programme informatique biologique qui détermine exactement quand il est temps de mourir, mais il y a de plus en plus d'indications que certains gènes influencent notre espérance de vie. Dans les années 1980, Tom Johnson et Michael Klass ont découvert un gène dans de petits taupins qui a un tel effet sur la longévité. Une mutation de ce gène, nommée à juste titre age-1, s'est avérée prolonger l'espérance de vie moyenne des vers de 40 %. Depuis lors, les chercheurs ont découvert une foule d'autres gènes qui peuvent prolonger la durée de vie des oxyures, et des mutations similaires ont été trouvées chez d'autres animaux, des mouches des fruits aux souris.
Ces gènes qui prolongent la vie modifient généralement le métabolisme d'un organisme, la façon dont il utilise l'énergie pour les fonctions corporelles. Les chercheurs constatent souvent que ces gènes jouent un rôle dans le processus par lequel l'hormone insuline transmet des signaux cruciaux pour la régulation du métabolisme. Ce processus consiste en une cascade d'interactions entre molécules qui, ensemble, font que des centaines d'autres gènes, responsables de la régulation des processus qui maintiennent et réparent les cellules, deviennent plus ou moins actifs. Il semble donc que pour prolonger la vie, nous devions intervenir dans les processus que nous savons protéger le corps d'une accumulation de dommages.
La quantité de nourriture disponible influence également le métabolisme. Dès les années 1930, les chercheurs ont découvert que les rats et les souris de laboratoire souffrant de malnutrition vivaient plus longtemps. Ainsi, les modifications du métabolisme semblent également avoir un effet sur l'ampleur de l'accumulation des dommages, car chez les souris mises au régime, l'activité de toutes sortes de systèmes d'entretien et de réparation augmente. À première vue, il semble étrange qu'un animal privé de nourriture dépense plus d'énergie pour l'entretien de son corps au lieu de moins. Mais une période de pénurie alimentaire est une période défavorable pour se reproduire, et il est prouvé que certains animaux feraient bien de fermer leur système reproducteur pendant une famine afin qu'ils aient plus d'énergie pour l'entretien des cellules somatiques.
À propos des souris et des humains
L'idée d'un régime hypocalorique et de ses prétendus effets de prolongation de la vie a également attiré l'attention des personnes qui souhaitent vivre plus longtemps. Mais ceux qui s'affament volontairement dans l'espoir de vivre plus longtemps doivent garder à l'esprit que ce mécanisme peut ne pas fonctionner pour nous, car le métabolisme lent des humains est très différent de celui des organismes chez lesquels cet effet a été démontré.
Il a en effet été possible de prolonger considérablement l'espérance de vie des vers, des mouches et des souris. Ces animaux sont normalement de courte durée et brûlent rapidement, et il est vital pour eux de pouvoir adapter rapidement leur métabolisme aux conditions changeantes. Chez les nématodes, par exemple, les effets les plus spectaculaires sur la longévité résultent de mutations qui permettent au ver de prendre une forme résistante au stress lorsqu'il se trouve dans un environnement défavorable et peut avoir à faire un long voyage à la recherche de meilleures conditions de vie. Nous, les humains, n'avons probablement pas la même flexibilité lorsqu'il s'agit de réguler notre métabolisme. Bien sûr, un régime a aussi des conséquences directes sur le métabolisme chez l'homme, mais si une personne qui suit volontairement un tel régime vieillit moins vite et vit plus longtemps, elle ne le saura qu'après de nombreuses années de famine. Cependant, la recherche gérontologique chez l'homme se concentre davantage sur l'amélioration de la santé en fin de vie que sur l'aide aux personnes vivant jusqu'à l'âge de Mathusalem.
Il est clair que les vers, les mouches et les souris qui vivent plus longtemps vieillissent. Le processus de vieillissement est une question d'accumulation de dommages, ce qui conduit finalement à des fonctions corporelles saines qui ne fonctionnent plus correctement. Si nous voulons vraiment que notre vie nocturne soit plus agréable, nous devons chercher la solution dans une autre direction. En premier lieu, nous devons essayer de trouver des moyens sûrs d'empêcher ou d'inverser l'accumulation de dommages.
Pas de réponses faciles
Le vieillissement est un processus complexe. Elle affecte le corps à tous les niveaux, des molécules aux cellules et aux organes. Et il existe différents types de dommages moléculaires et cellulaires en jeu. S'il est vrai que ces dommages s'accumulent généralement avec l'âge et affectent moins un type de cellule qu'un autre - selon l'efficacité des systèmes de réparation - les dommages à une cellule individuelle sont une question de chance.
La gravité des dommages peut également différer, même entre deux cellules du même type chez le même individu. Chaque individu vieillit et meurt, mais il existe de grandes différences dans le cours et la vitesse de ce processus - un autre signe que le vieillissement n'est pas provoqué par un programme génétique intégré qui dicte la rapidité avec laquelle nous nous détériorons et mourons. Pour obtenir une image suffisamment détaillée du processus de vieillissement pour prévenir ou ralentir la mort de types cellulaires spécifiques, nous devons connaître la nature des défauts moléculaires qui provoquent le vieillissement d'une cellule.
Combien de ces défauts doivent s'accumuler avant qu'une cellule ne puisse plus fonctionner ? Combien de cellules brisées doivent s'accumuler dans un organe avant qu'il ne présente des symptômes de maladie ? Et une fois que l'on sait quels organes le traitement doit cibler de préférence, comment atteindre la précision requise ?
Nous pourrions être en mesure de lutter contre le vieillissement en modifiant certains des mécanismes clés utilisés par les cellules pour empêcher les dommages de s'accumuler. L'une des façons dont une cellule réagit à une usure importante consiste simplement à se suicider. Les scientifiques considéraient cette forme de suicide - appelée apoptose - comme un signe que le vieillissement obéit à un programme génétique. En effet, dans les tissus anciens, la fréquence avec laquelle les cellules terminent leur vie augmente, et il est vrai que ce processus contribue au vieillissement. Mais nous savons maintenant que l'apoptose agit principalement comme un mécanisme de survie qui protège le corps dans son ensemble des cellules endommagées qui pourraient causer des problèmes, en particulier les cellules devenues malignes.
L'apoptose est plus fréquente dans les organes anciens, car les cellules y sont plus endurantes. Mais nous devons nous rappeler que les animaux dans la nature vivent rarement assez longtemps pour vieillir. L'apoptose a évolué au cours de l'évolution comme un moyen de faire un travail rapide sur les cellules endommagées dans les jeunes organes, où beaucoup moins doit être éliminé. Si trop de cellules meurent, l'organe s'affaiblit ou cesse de fonctionner.
L'apoptose est donc à la fois une bonne et une mauvaise chose :elle est bonne lorsqu'elle tue les cellules potentiellement dangereuses, et mauvaise lorsqu'elle en élimine trop. La nature est plus intéressée par la survie des jeunes individus que par la régulation du déclin de la vieillesse, donc peut-être que tous les cas d'apoptose dans notre vieillesse ne sont pas strictement nécessaires. Les chercheurs espèrent pouvoir supprimer l'apoptose dans les tissus les moins endommagés dans certaines maladies, telles qu'un accident vasculaire cérébral, de sorte qu'il reste plus de cellules et que le patient ait une plus grande chance de guérison.
Les cellules qui sont normalement capables de se reproduire peuvent prendre des mesures moins drastiques lorsqu'elles sont endommagées et, au lieu de mourir, elles arrêtent simplement de se diviser. Il y a cinquante ans, Leonard Hayflick, maintenant à l'Université de Californie, a découvert que la plupart des cellules se divisent un nombre fixe de fois - la soi-disant limite Hayflick - puis s'arrêtent. Des recherches ultérieures ont montré qu'ils cessent souvent de se diviser lorsque les télomères - les extrémités protectrices des chromosomes - sont usées, mais beaucoup d'autres choses restent floues.
Cependant, récemment, mes collègues et moi avons fait une découverte intrigante. Il s'avère que chaque cellule possède un système moléculaire très sophistiqué qui surveille les dommages causés à l'ADN et aux mitochondries, les usines énergétiques de la cellule. Si les dommages dépassent un certain seuil, la cellule passe à un état où elle peut encore remplir des fonctions utiles, mais ne peut plus jamais se diviser - appelée sénescence. Comme dans le cas de l'apoptose, la préférence de Mère Nature pour le bien-être des jeunes signifie probablement que ce changement n'est pas toujours strictement nécessaire. Mais avant d'essayer d'inverser cet arrêt et de redonner aux cellules âgées une partie de leur capacité de reproduction, nous devons très bien comprendre comment fonctionne ce mécanisme. Sinon, il y a un risque qu'ils se divisent de manière incontrôlable et se transforment en tumeurs.
Notre découverte a nécessité de nombreuses recherches par une équipe multidisciplinaire, qui comprenait non seulement des biologistes moléculaires et des biochimistes, mais aussi des mathématiciens et des informaticiens. On ne sait pas encore où mèneront ces types de découvertes, mais nous espérons qu'elles nous mettront sur la voie de nouveaux médicaments qui réduiront le fardeau des maladies chroniques pour les personnes en fin de vie. Cependant, ce type de recherche fondamentale est très complexe. En conséquence, il peut s'écouler des années, voire des décennies après une découverte scientifique avant qu'un médicament ne soit réellement sur le marché.
Utiliser la recherche sur le vieillissement pour améliorer la qualité de vie au cours de nos dernières années est un défi majeur, peut-être le plus grand auquel la science médicale ait jamais été confrontée. Il n'y a pas de solutions faciles - peu importe ce que prétendent les gourous de l'immortalité, qui disent qu'un régime hypocalorique ou des suppléments nutritionnels comme le resvératrol peuvent prolonger nos vies.
Ce défi exigera la plus grande ingéniosité humaine, mais je suis convaincu que nous pouvons développer et développerons des méthodes de traitement pour rendre nos dernières années plus agréables.
