What shape are your cells? Squishy cylinders? Jagged zig-zags? You probably don’t think much about the bodies of these building blocks, but at the microscopic level, small changes can have huge consequences. And while some adaptations change these shapes for the better, others can spark a cascade of debilitating complications. This is the story of sickle-cell disease.
Quelle forme ont vos cellules ? Des cylindres mous ? Des zig-zag dentelés ? Vous ne pensez probablement pas à la forme de ces éléments de base, mais à l'échelle microscopique, de petits changements ont de grandes conséquences. Et même si certaines adaptations changent ces formes positivement, d'autres peuvent provoquer une cascade de complications invalidantes. Voici l'histoire de la drépanocytose.
Sickle-cell disease affects the red blood cells, which transport oxygen from the lungs to all the tissues in the body. To perform this vital task, red blood cells are filled with hemoglobin proteins to carry oxygen molecules. These proteins float independently inside the red blood cell’s pliable, doughnut-like shape, keeping the cells flexible enough to accommodate even the tiniest of blood vessels. But in sickle cell disease, a single genetic mutation alters the structure of hemoglobin. After releasing oxygen to tissues, these mutated proteins lock together into rigid rows. Rods of hemoglobin cause the cell to deform into a long, pointed sickle. These red blood cells are harder and stickier, and no longer flow smoothly through blood vessels. Sickled cells snag and pile up– sometimes blocking the vessel completely. This keeps oxygen from reaching a variety of cells, causing the wide range of symptoms experienced by people with sickle-cell disease.
La drépanocytose a un effet sur les globules rouges, qui transportent l'oxygène des poumons vers tous les tissus du corps. Pour remplir cette fonction vitale, les globules rouges sont remplies de protéines d'hémoglobine pour transporter les molécules d'oxygène. Ces protéines flottent indépendamment à l'intérieur du globule rouge, qui a une forme souple de donut, gardant les cellules assez flexibles pour passer même dans les vaisseaux sanguins les plus fins. Mais avec la drépanocytose, une seule mutation génétique modifie la structure de l'hémoglobine. Après avoir relâché l'oxygène dans les tissus, ces protéines mutantes se bloquent ensemble en rangées rigides. Des bâtons d'hémoglobine déforment la cellule en une longue faucille pointue. Ces globules rouges sont plus durs et collants, et ne circulent plus facilement dans les vaisseaux sanguins. Ces cellules malades s'accrochent et s'empilent, bloquant parfois complètement le vaisseau. Cela empêche l'oxygène de parvenir à une variété de cellules, entraînant une vaste gamme de symptômes
Starting when they’re less than a year old, patients suffer from repeated episodes of stabbing pain in oxygen-starved tissues. The location of the clogged vessel determines the specific symptoms experienced. A blockage in the spleen, part of the immune system, puts patients at risk for dangerous infections. A pileup in the lungs can produce fevers and difficulty breathing. A clog near the eye can cause vision problems and retinal detachment. And if the obstructed vessels supply the brain the patient could even suffer a stroke.
subis par les victimes de la drépanocytose. Cela commence quand ils ont moins d'un an, les patients souffrent d'épisodes répétitifs de douleurs fulgurantes dans les tissus privés d'oxygène. L'emplacement du vaisseau bouché détermine les symptômes subis. Un blocage sur la rate, une partie du système immunitaire, entraîne un risque de dangereuses infections. Un empilement dans les poumons peut donner des fièvres et difficultés respiratoires. Un obstruction près de l’œil peut causer des problèmes de vision et un décollement de la rétine. Si le vaisseau bouché alimente le cerveau,
Worse still, sickled red blood cells also don’t survive very long— just 10 or 20 days, versus a healthy cell’s 4 months. This short lifespan means that patients live with a constantly depleted supply of red blood cells; a condition called sickle-cell anemia.
le patient pourrait même faire un AVC. Pire, les globules rouges malades ne survivent pas longtemps, seulement 10 ou 20 jours, contre 4 mois pour une cellule saine. Cette courte durée de vie signifie que les patients vivent avec une réserve de globules rouges basse,
Perhaps what’s most surprising about this malignant mutation is that it originally evolved as a beneficial adaptation. Researchers have been able to trace the origins of the sickle cell mutation to regions historically ravaged by a tropical disease called malaria. Spread by a parasite found in local mosquitoes, malaria uses red blood cells as incubators to spread quickly and lethally through the bloodstream.
une pathologie nommée anémie falciforme. Le plus surprenant peut-être avec cette mutation maligne est qu'elle est tout d'abord apparue comme une adaptation favorable. Les chercheurs ont pu tracer les origines de la drépanocytose à des régions ravagées historiquement par une maladie tropicale appelée le paludisme. Propagé par un parasite des moustiques locaux, le paludisme utilise les globules rouges comme des incubateurs
However, the same structural changes that turn red blood cells into roadblocks
pour se répandre rapidement et mortellement dans la circulation sanguine.
also make them more resistant to malaria. And if a child inherits a copy of the mutation from only one parent, there will be just enough abnormal hemoglobin to make life difficult for the malaria parasite, while most of their red blood cells retain their normal shape and function. In regions rife with this parasite, sickle cell mutation offered a serious evolutionary advantage. But as the adaptation flourished, it became clear that inheriting the mutation from both parents resulted in sickle-cell anemia.
Toutefois, ces mêmes changements qui transforment les globules rouges en barrages les rendent aussi plus résistants au paludisme. Et si un enfant hérite d'une copie de la mutation d'un seul de ses parents, il y aura juste assez d'hémoglobine anormale pour compliquer la vie du parasite du paludisme, tout en gardant la plupart des globules rouges avec leur forme et fonction normales. Dans les régions envahies par ce parasite, la drépanocytose a offert un sérieux avantage évolutionnaire. Mais lorsque cette adaptation s'est développée, il s'est avéré qu'hériter de la mutation de la part des deux parents résultait en anémie falciforme.
Today, most people with sickle-cell disease can trace their ancestry to a country where malaria is endemic. And this mutation still plays a key role in Africa, where more than 90% of malaria infections occur worldwide. Fortunately, as this “adaptation” thrives, our treatment for sickle cell continues to improve. For years, hydroxyurea was the only medication available to reduce the amount of sickling, blunting symptoms and increasing life expectancy. Bone marrow transplantations offer a curative measure, but these procedures are complicated and often inaccessible. But promising new medications are intervening in novel ways, like keeping oxygen bonded to hemoglobin to prevent sickling, or reducing the stickiness of sickled cells. And the ability to edit DNA has raised the possibility of enabling stem cells to produce normal hemoglobin. As these tools become available in the areas most affected by malaria and sickle cell disease, we can improve the quality of life for more patients with this adverse adaptation.
Aujourd'hui, la plupart des personnes atteinte de drépanocytose peuvent relier leurs ascendances à un pays où le paludisme est endémique. Et cette mutation joue toujours un rôle clé en Afrique, où ont lieu plus de 90% des infections par le paludisme dans le monde. Heureusement, alors que cette « adaptation » prospère, notre traitement de la drépanocytose continue à s'améliorer. Pendant des années, l'hydroxyurée était le seul médicament disponible pour réduire la quantité de cellules malades, atténuant les symptômes et augmentant l’espérance de vie. Les transplantations de moelle épinière offrent une mesure curative mais ces procédures sont compliquées et souvent inaccessibles. Mais des nouveaux traitements prometteurs interviennent de manière nouvelle, comme en gardant la liaison de l'oxygène à l'hémoglobine pour empêcher le changement de forme, ou réduire l'adhérence des cellules malades. Et la possibilité de modifier l'ADN a amené la possibilité d'utiliser des cellules souches pour produire de l'hémoglobine normale. Puisque ces outils deviennent disponibles dans les zones les plus affectées par le paludisme et la drépanocytose, nous pouvons améliorer la qualité de vie pour plus de patients avec ces adaptations adverses.