• http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=proteins-behind-mad-cow-disease-also-help-brain-develop

    When not mis-folded, prions lend a hand in formation neuronal connections

    Prion proteins Prion proteins cause pathologies such as hamster scrapie when they misfold (right) — but the same protein has benign functions when folded correctly (left).Image: N. Engl. J. Med. 344, 1516-1526 (2001)

    Prions are best known as the infectious agents that cause ‘mad cow’ disease and the human versions of it, such as variant Creutzfeldt–Jakob Disease. But the proteins also have at least one known useful function, in the cells that insulate nerves, and are suspected to have more. Now researchers have provided the first direct evidence that the proteins play an important role in neurons themselves.

    The team reports in the Journal of Neuroscience that prions are involved in developmental plasticity, the process by which the structure and function of neurons in the growing brain is shaped by experience. 

    Prions come in two main forms: the normal version and the misfolded, infectious version. The normal version, known as cellular prion protein (or PrPC), is present in every cell of the body and helps to maintain the myelin sheath in the cells that protect the nerves.

    But the molecule is abundant in neurons themselves, especially during development. Because it is tethered to the membrane, it is widely assumed to be involved in signaling between nerve cells, but little direct evidence has been found for this.

    Neurobiologist Enrico Cherubini of the International School for Advanced Studies in Trieste, Italy, and his colleagues therefore decided to look at the effects of electrical stimulation on slices of tissue from the hippocampus of healthy 3–7-day-old mice and of animals genetically engineered to lack the gene that encodes the prion protein. 

    They used electrodes to stimulate individual cells at the same time as the networks of young neurons showed bursts of spontaneous electrical activity, or to simultaneously stimulate pairs of cells that are connected to each other.

    In the tissue from healthy animals, both procedures strengthened the links between neurons, a phenomenon known as long-term potentiation.

    In mice without the prion gene, however, the stimulation had the opposite effect. In these animals, the procedure induced long-termdepression, or a weakening of neuronal connections.

    Ups and downs
    Further experiments revealed that the potentiation in mice with cellular prion protein was caused by activation of an enzyme called protein kinase A. In the absence of cellular prion protein, however, activation of a related enzyme, called protein lipase C, caused a long-term lowering of the neuron's activity.

    “This shows that [the cellular prion protein] controls the direction of plasticity in the developing hippocampus,” says Cherubini, adding that he and his colleagues now want to identify the molecules that transfer the prion signal from the membrane into the cell.  

    Long-term potentiation in the hippocampus is thought to be crucial for learning and memory, but the importance of prions is still unknown, and Cherubini would like to investigate how the proteins are involved in behavior. He also speculates that prions have a similar role in other parts of the developing brain, such as the visual cortex, and in adults.

    "The function of cellular prion protein is quite mysterious, but this convincingly demonstrates that it has a crucial role in strengthening synaptic connections within developing neural networks," says R. Douglas Fields, chief of the Neural Development and Plasticity Section at the National Institute for Child Health and Development in Bethesda, Maryland.

    This article is reproduced with permission from the magazine Nature. The article was first published on February 14, 2013.

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  • http://www.newscientist.com/article/mg21729014.400-quadruple-helix-dna-discovered-in-human-cells.html

    SIXTY years after James Watson and Francis Crick established that DNA forms a double helix, a quadruple-stranded DNA helix has turned up, and it could strengthen the fight against cancer.

    Quadruple helices that intertwine four, rather than two, DNA strands have been researched for decades. They have been made synthetically in the lab, but were seen only as curiosities as there was no evidence that they formed naturally. Now they have been identified in human cancer cells.

    The four-stranded packages of DNA, called G-quadruplexes, are formed by the interaction of four guanine bases that together make a square. They appear to be transitory structures, and are most abundant when cells are poised to divide. They form in chromosomes and in telomeres, the caps on the tips of chromosomes that protect them from damage.

    Because cancer cells divide so rapidly, and often have defects in their telomeres, the quadruple helix might be a feature unique to cancer cells. If so, any treatments that target them will not harm healthy cells.

    "I hope our discovery challenges the dogma that we really understand DNA structure because Watson and Crick solved it in 1953," says lead researcher Shankar Balasubramanian of the University of Cambridge. "We need to be open about what its structure is, because it's dynamic."

    Balasubramanian's team identified the four-stranded structures in cancer cells with the help of an antibody that attaches exclusively to G-quadruplexes. To stop them from unravelling into ordinary DNA, they exposed the cells to pyridostatin, a molecule that traps quadruple helices wherever they form.

    This enabled the researchers to count how many formed at each stage of cell division. The G-quadruplexes were most abundant in the "S-phase" - when cells replicate their DNA just before dividing (Nature Chemistry, doi.org/j9b).

    "I expect they will also exist in normal cells, but I predict that there will be differences with cancer cells," says Balasubramanian. His hunch is that the formation of G-quadruplexes is triggered by the chaotic genomic mutations and reorganisations typical of cancerous or precancerous cells.

    "This research further highlights the potential for exploiting these unusual DNA structures to beat cancer, and the next part of this is to figure out how to target them in tumour cells," says Julie Sharp of Cancer Research UK, which funded the study.

    Previous work carried out by the group found that the addition of pyridostatin to human breast cancer cells stopped them from replicating and from migrating across a gel in a process that mimics the spread of cancer cells in the body (Nature Chemical Biology, doi.org/j9f).

    The results reinforce the possibility that blocking G-quadruplexes could combat cancers. "If you block them with pyridostatin, it's bad news for the cell," says Balasubramanian.

    As well as determining whether quadruple helices exist in healthy cells, another important question is whether G-quadruplexes play a role in embryo development, and whether such a role is mistakenly reactivated in cancer cells. "We plan to find out whether the quadruplexes are a natural nuisance, or there by design,"

    <i>Living by the Code</i>, a painting by Annie Newman in Shankar Balasubramaniam's office, captures four-stranded DNA

    Living by the Code, a painting by Annie Newman in Shankar Balasubramaniam's office, captures four-stranded DNA

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  • http://www2.cnrs.fr/presse/communique/2629.htm

    Des équipes de chercheurs de l'Institut Pasteur et du CNRS viennent de mettre au point, en combinant deux méthodes récentes d'imagerie, une nouvelle approche de microscopie optique permettant de visualiser des assemblages moléculaires avec une résolution environ 10 fois meilleure que les microscopes traditionnels, tout en respectant leur fonction biologique. Grâce à cette approche, ils ont pu observer, pour la première fois dans une cellule par voie optique, le virus du sida et sa capside (contenant le génome du VIH) à une résolution de 30 nanomètres. L'approche développée représente une avancée majeure, ouvrant la voie à des analyses moins invasives et plus précises de micro-organismes pathogènes présents dans des cellules hôtes humaines vivantes. Cette étude est en ligne sur le site de la revue PNAS.

    Depuis toujours, il est nécessaire pour les chercheurs de pouvoir visualiser les virus qu'ils étudient dans l'environnement de leur cellule cible, afin de définir les interactions hôte-pathogène contribuant à l'infection. La microscopie optique, qui utilise des molécules fluorescentes (comme les protéines GFP ou des anticorps couplés à des fluorophores synthétiques) permet de mettre en avant les différentes structures d'une cellule, dont les protéines. Cependant, cette méthode est limitée par son faible pouvoir de résolution, ne pouvant distinguer des structures cellulaires et moléculaires qu'à une échelle de 200 à 300 nanomètres (nm). La plupart des virus étant de taille inférieure, il est nécessaire de recourir à des techniques d'imagerie plus précises, afin de définir leur structure interne.

    Une étude coordonnée par le Dr Christophe Zimmer(1) (Institut Pasteur/CNRS), en collaboration avec le Dr Nathalie Arhel(2) au sein du laboratoire du Pr Pierre Charneau(3) (Institut Pasteur/CNRS), révèle que l'association de deux techniques récentes d'imagerie permet d'obtenir des images uniques d'assemblages moléculaires de la capside du VIH-1, avec une résolution environ 10 fois meilleure que les microscopes optiques traditionnels. Cette approche, qui utilise la microscopie super-résolutive PALM et le marquage FlAsH, n'affecte pas la capacité du virus à se répliquer. Elle représente une avancée majeure pour la recherche en biologie moléculaire, permettant de visualiser des complexes microbiens à une échelle de 30 nm dans les cellules sans perturber leur fonction. 

    L'approche développée combine la microscopie super-résolutive PALM et le marquage FlAsH. La microscopie PALM se fonde sur la prise de milliers de clichés en basse résolution, dont chacun ne montre que quelques molécules fluorescentes. Les positions de ces molécules sont ensuite calculées et assemblées par ordinateur afin d'obtenir une seule image en haute résolution. Le marquage FlAsH, quant à lui, implique la fusion d'un peptide de 6 acides aminés à la protéine étudiée, auquel se lie le fluorophore FlAsH. Cette liaison génère de la fluorescence, permettant ainsi la visualisation de cette protéine. C'est la première fois qu'une équipe de chercheurs regroupe ces deux méthodes afin d'obtenir des images en haute-définition d'une structure moléculaire aussi bien dans des cellules fixées que dans des cellules vivantes. 

    Grâce à cette nouvelle approche, les chercheurs ont pu visualiser la morphologie du virus du sida à une échelle de 30 nm et localiser sa capside dans des cellules humaines. Les capsides sont des structures coniques qui contiennent le génome du VIH. Ces structures doivent se défaire pour permettre au génome du VIH de s'intégrer dans celui de la cellule hôte. Cependant, la chronologie de ce désassemblage a longtemps été débattue. Selon une hypothèse dominante, la capside se désassemblerait immédiatement après infection de la cellule et ne jouerait donc qu'un rôle marginal dans le voyage intracellulaire du virus vers le noyau. Les résultats obtenus par les chercheurs de l'Institut Pasteur et du CNRS indiquent, au contraire, que de nombreuses capsides restent intactes jusqu'à l'entrée du VIH dans le noyau des cellules, confirmant et renforçant de précédentes études en microscopie électronique. Ainsi, les capsides pourraient jouer un rôle plus important que communément admis dans le cycle réplicatif du virus.

    Le développement de cette nouvelle approche de microscopie optique par les chercheurs de l'Institut Pasteur et du CNRS offre des perspectives uniques pour la biologie moléculaire. En effet, cette nouvelle technique d'imagerie pourrait devenir un outil important dans l'analyse de nombreux complexes microbiens et de leurs interactions avec des cellules hôtes à l'échelle moléculaire. Cette technique non-invasive permet d'observer des protéines sans détruire, ni altérer, leur fonction biologique. Par ailleurs, elle pourrait, à terme, rendre possible l'analyse de micro-organismes à des résolutions de l'ordre du nanomètre, permettant ainsi de passer de la microscopie à la « nanoscopie ». La prochaine étape sera, par conséquent, le partage de cette approche avec la communauté scientifique, son développement et son application à l'étude d'autres micro-organismes pathogènes.


    © Institut Pasteur

    Reconstruction optique super-résolutive de la morphologie du VIH. L'image du dessous montre la distribution moyenne de l'enzyme intégrase observée par FlAsH-PALM. La résolution de cette technique (~30 nm) permet de retrouver la taille et la forme conique de la capside. Pour comparaison, la résolution de la microscopie conventionnelle (~200-300 nm), illustrée par l'image du dessus, ne permet pas une description détaillée de cette structure.

    Notes :

    (1) Dr Christophe Zimmer, chef du groupe Imagerie et Modélisation (Institut Pasteur) ; CNRS URA 2582

    (2) Dr Nathalie Arhel, unité Virologie moléculaire et Vaccinologie (Institut Pasteur) ; CNRS URA 3015

    (3) Pr Pierre Charneau, chef de l'unité Virologie moléculaire et Vaccinologie (Institut Pasteur) ; CNRS URA 3015

    Références :

    Super resolution imaging of HIV in infected cells with FlAsH-PALM, en ligne sur le site de PNAS, le 14 mai 2012. Mickaël Lelek, Ricardo Henriques et Christophe Zimmer : Institut Pasteur, Groupe Imagerie et Modélisation, CNRS URA 2582, Paris. Francesca Di Nunzio, Pierre Charneau et Nathalie Arhel : Institut Pasteur, Molecular Virology and Vaccinology Unit, CNRS URA 3015, Paris.

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  • Deux équipes ont dévoilé les mécanismes intimes par lesquels un microARN inhibe la traduction d'un ARN messager.

    Loïc Mangin
    © 3Dsciencia.com

    Un microARN.

    À voir aussi

    © EMBO

    Les microARN, codés par des gènes distincts de ceux qu’ils régulent, s’associent aux ARN messagers et les empêchent d’être traduits en protéines.

    Pour en savoir plus

    S. Djuranovic et al., miRNA-mediated gene silencing by translational repression followed by mRNA deadenylation and decayScience, vol. 336, pp. 237-240, 2012.

    A. Bazzini et al., Ribosome profiling shows that miR-430 reduces translation before causing mRNA decay in zebrafishScience, vol. 336, pp. 233-237, 2012.


    Loïc Mangin est rédacteur en chef adjoint à Pour la Science.

    Les microARN sont des petites molécules d'ARN dites non codantes, car elles ne sont pas traduites en protéines. On en trouve dans le génome de la plupart des eucaryotes (organismes dont les cellules ont un noyau), où elles jouent un rôle important dans le contrôle de l'expression des gènes. Ainsi, un microARN qui s'associe à sa cible, un ARN messager (noté ARNm, cet ARN code une protéine), l'empêche d'être traduit en protéine. Cependant, on ignorait le détail de cette répression : s'agit-il d'un simple blocage, ou bien l'association microARN et ARNm conduit-elle à la dégradation de l'ARNm ? Deux équipes, celle de Sergej Djuranovic, de l'Université John Hopkins, et celle de Ariel Bazzini, de l'Université Yale, toutes deux aux États-Unis, ont tranché le débat et ont précisé les étapes de ce mécanisme essentiel par lequel des gènes sont réduits au silence.

    Le premier groupe s'est intéressé à la cinétique des événements dans des cultures de cellules issues de mouches drosophiles. Le second a étudié le fonctionnement des microARN chez le poisson zèbre (Danio rerio). Leurs travaux montrent que, d'abord, un microARN bloque la traduction d'un ARNm, puis, qu'ensuite, cet ARNm subit une transformation nommée déadénylation qui consiste en l'élimination de la queue poly(A), une succession de nombreux nucléotides de type adénosine (A) située à l'une des extrémités des ARNm. Cette queue poly(A) est essentielle au déclenchement de la traduction (elle participe au recrutement du ribosome) et à la stabilité de l'ARNm : la durée de vie d'un ARNm dans le cytoplasme est d'autant plus longue que cette queue l'est aussi. Aussi, son élimination conduite par le microARN entraîne la rapide dégradation de l'ARNm.

    On en déduit que le microARN agit grâce à deux mécanismes indépendants, le blocage de la traduction et la déadénylation. Cela afin de maximiser la répression de l'ARN cible, et donc du gène correspondant. L'importance de chaque processus dépendrait du microARN concerné, mais aussi du type de cellule.


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  • Les gènes, codés par l’ADN des chromosomes, constituent la source d’information génétique nécessaire au bon fonctionnement des cellules et du corps humain dans son ensemble. Comprendre le codage de l’ADN est donc un élément important en médecine.

    En juin 2000, le président Bill Clinton lançait depuis la Maison Blanche une annonce qui allait révolutionner la biologie et la médecine : la première étape du séquençage du génome humain venait de s'achever, fruit d'une décennie de recherches menées par un consortium international. Pour la première fois, l'ensemble des gènes constituant notre patrimoine génétique devenait accessible. Cette information couvre quelque 25.000 gènes répartis le long de nos chromosomes. Le message qu'ils portent va servir de mode d'emploi pour fabriquer les protéines qui assurent les différentes tâches nécessaires au bon fonctionnement des cellules de notre corps.

    La molécule d'ADN en forme d'hélice.
    La molécule d'ADN. © Claude Sauter

    Qu’est ce que l’ADN ? Comment se réplique-t-il ? Quel est le message porté par les gènes ? Quelles sont les étapes qui permettent de décoder le gène pour synthétiser des molécules capables d’agir ? Ce dossier retrace les grandes étapes de la vie d'un gène et en présente les principaux acteurs, c'est-à-dire les machineries moléculaires complexes qui interviennent soit dans la transmission de l'information portée par le gène d'une cellule mère à sa descendance, soit lors de l'expression de cette information au cours de la vie cellulaire.



    1. Le gène, de l'ADN aux protéines
    2. L'ADN, le support des gènes
    3. La réplication de l'ADN
    4. La transcription de l'ADN en ARN
    5. La traduction du gène en protéine
    6. Le contrôle de l'expression génique

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