• Un nématode C. elegans piloté par un rayon lumineux bleu. © Samuel Lab
    Commander les comportements d’un être vivant avec de la lumière : des modifications génétiques dans les neurones d’un petit ver le transforment en marionnette, et permettent aux biologistes d’étudier le système nerveux.

    «Avance, tourne, arrête-toi. Ponds un oeuf. » Ces étranges commandes de chercheurs à un ver sont une réalité. Deux équipes publient en effet simultanément leurs études sur le contrôle du ver Caenorhabditis elegans avec de la lumière. Une nouvelle démonstration des promesses de l’optogénétique, une technique qui consiste, par modification génétique, à sensibiliser des cellules à la lumière pour les activer ou les inhiber (voir la vidéo).

     

     

    Vidéo : le nématode est scanné par un rayon lumineux bleu. Lorsque ce rayon passe devant deux neurones responsables de la ponte situés au milieu de son corps (à partir de l'image 8828), le ver pond immédiatement plusieurs oeufs. 

    Dans les deux cas, les neurobiologistes ont modifié les neurones de leurs vers à l’aide de fragments d’ADN d’algue, pour qu’ils expriment deux protéines sensibles à la lumière. « L’une, la channelrhodopsine-2, active le neurone en présence de lumière bleue. L’autre, l’halorhodopsine l’inhibe en présence de lumière jaune-orange »,explique Andrew Leifer, de l’université Harvard, cosignataire de l’une des deux études [1] . 

    Comme le ver Caenorhabditis elegans est transparent et doté de seulement 302 neurones, les biologistes ont pu mettre au point un système leur permettant d’activer (et d’inhiber) à la demande l’un ou l’autre des neurones. Ils contrôlent ainsi son comportement : le mouvement, la ponte des oeufs, et le système sensoriel. Andrew Leifer et ses collègues ont utilisé la lumière d’un laser qui permet d’éclairer une zone de taille voisine de celle d’un neurone, avec une seule couleur. L’équipe d’Alexander Gottschalk, de l’université de Francfort, a procédé différemment : « Nous avons modifié un projecteur vidéo à cristaux liquides : il projette des images qui permettent de contrôler simultanément jusqu’à trois régions du ver et avec les deux couleurs[2].»

    Neurones organisés

    « Ces outils vont nous aider à comprendre comment les neurones s’organisent pour former un comportement », explique Claire Wyart, de l’Institut du cerveau et de la moelle épinière, à Paris. Elle travaille depuis cinq ans sur le contrôle optogénétique du poisson-zèbre [3] . « L’optogénétique est née de travaux de Peter Hegemann et de Georg Nagel à la fin des années 1990 à l’université de Francfort. Ils ont montré que le déplacement d’une algue unicellulaire avec de la lumière bleue est dû à l’expression d’une protéine qui forme, dans la paroi de la cellule, un canal activé par la lumière. Ed Boyden, du MIT, et Karl Deisseroth, de l’université Stanford, ont ensuite eu l’idée de modifier des neurones animaux par transgenèse pour qu’ils expriment ces protéines et deviennent eux aussi photosensibles. » Au départ avec des animaux transparents (ver, poisson-zèbre), puis avec des souris, et bientôt des singes. 

    Chez les mammifères, la lumière est apportée dans une région du cerveau à l’aide de fibres optiques implantées dans le crâne. « Les neurones des mammifères sont en général redondants, donc on ne peut pas cibler un neurone. Mais on peut étudier la dynamique des circuits neuronaux », explique Claire Wyart. Et si certains imaginent utiliser l’optogénétique chez l’homme pour lutter contre certaines affections du cerveau, comme la maladie de Parkinson, Claire Wyart reste sceptique.« Dans les zones profondes du cerveau, ce sont pour l’instant des outils de recherche fondamentale. Mais nous avons l’espoir que l’optogénétique puisse soigner des maladies de l’oeil, qui est facilement accessible à la lumière. »

    Retrouvez d'autres vidéos mises en ligne par le laboratoire.

    Denis Delbecq

    http://www.larecherche.fr/content/actualite-technologie/article?id=29471

    [1] A. Leifer et al., Nature Methods, 8, 147, 2011.

    [2] A. Gottschalk et al., Nature Methods, 8, 153, 2011.

    [3] H. Baier et al., Science, 330, 669, 2010.


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  • Des chercheurs de l'Institut Pasteur, de l'INRA, de l'Inserm et du CNRS viennent d'identifier un mécanisme qui permet à la bactérie pathogène Listeria monocytogenes de reprogrammer à son avantage l'expression des gènes de la cellule qu'elle infecte. L. monocytogenes sécrète une protéine capable de pénétrer dans le noyau des cellules afin de prendre le contrôle de gènes du système immunitaire de l'hôte. Ces travaux ont été publiés sur le site de la revue Science le 20 janvier 2011.

    Lors d'une infection, les bactéries pathogènes doivent déjouer les défenses immunitaires de l'hôte infecté pour s'établir de façon pérenne dans son organisme. On savait jusqu'ici que le contrôle du système immunitaire de l'hôte passait par la manipulation de signaux cellulaires responsables de l'activation des cellules de l'immunité. Une étude réalisée chez Listeria monocytogenes, la bactérie responsable de la listériose humaine, vient pour la première fois de montrer que les bactéries pathogènes peuvent agir directement dans le noyau de la cellule hôte, pour reprogrammer à leur avantage des gènes sous la dépendance des interférons, destinés à activer le système immunitaire (1). Cette étude a été conduite par Hélène Bierne au sein de l'unité des Interactions bactéries-cellules (Institut Pasteur, Unité Inserm 604, INRA USC2020) dirigée par Pascale Cossart, en collaboration avec d'autres équipes de l'Institut Pasteur, du CNRS (Gif-sur-Yvette, Université Paris Diderot - Paris 7 et Grenoble) et de l'IBMC (Porto).

    Ces travaux s'inscrivent dans la lignée d'une étude réalisée par la même équipe en 2009. Celle-ci avait permis l'identification d'un complexe capable de verrouiller l'expression des gènes en compactant l'ADN (2). Ici, les chercheurs ont identifié une petite protéine bactérienne, nommée LntA, capable de faire sauter ce verrou en se fixant directement sur le complexe, ce qui provoque l'ouverture de l'ADN compacté et donc l'accès aux gènes. 
    On ignore encore comment, et à quel moment, la bactérie décide de la production de ce facteur LntA, mais son expression est indispensable au bon déroulement de l'infection par Listeria, qui peut grâce à elle activer ou réprimer à sa guise l'immunité de l'hôte.

    Ces travaux laissent entrevoir le rôle d'une régulation épigénétique - des changements dans l'expression des gènes, ayant lieu sans altération de la séquence ADN - dans l'infection par L. monocytogenes. Cette découverte, si elle se vérifiait pour d'autres pathogènes, apporterait de précieuses informations permettant de mieux comprendre et, à terme, de mieux lutter, contre les maladies infectieuses et immunitaires.Cette étude a reçu notamment le soutien financier de la Communauté européenne (programmes ERANET PathoGenomics et ERC).

     

    Listeria-Pasteur

    © Institut Pasteur

    Protéine bactérienne LntA (en vert-jaune) localisée dans le noyau de deux cellules humaines infectées par Listeria (en violet-bleu).


     


    Notes :

    (1) A Bacterial Protein Targets the BAHD1 Chromatin Complex to Stimulate Type III Interferon Response, Science en ligne, 20 janvier 2011

    Alice Lebreton (1,2,3), Goran Lakisic (4), Viviana Job (5), Lauriane Fritsch (6), To Nam Tham (1,2,3), Ana Camejo (7), Pierre-Jean Matteï (5), Béatrice Regnault (8), Marie-Anne Nahori (1,2,3), Didier Cabanes (7), Alexis Gautreau (4), Slimane Ait-Si-Ali (6), Andréa Dessen (5), Pascale Cossart (1,2,3) and Hélène Bierne (1,2, 3)
    (1) Institut Pasteur, Unité des Interactions Bactéries Cellules, Paris, F-75015 France;
    (2) Inserm, U604, Paris, F-75015 France;
    (3) INRA, USC2020, Paris, F-75015 France.
    (4) CNRS UPR3082, Laboratoire d'Enzymologie et de Biochimie Structurales, Gif-sur- Yvette, F-91198 France.
    (5) Institut de Biologie Structurale, Bacterial Pathogenesis Group, UMR 5075 (CNRS/CEA/UJF), Grenoble, France.
    (6) CNRS UMR7216, Université Paris-Diderot / Paris 7, Paris, F-75013 France.
    (7) Institute for Molecular and Cell Biology, Porto, Portugal.
    (8) Institut Pasteur, Génopole, Paris, F-75015 France.

    (2) « Human BAHD1 promotes heterochromatic gene silencing », PNAS, 2009, vol. 106 _ no. 33 pp. 13826-13831.

    Hélène Bierne, To Nam Tham, Eric Batsche, Anne Dumay, Morwenna Leguillou, Sophie Kernéis-Golsteyn, Béatrice Regnault, Jacob-S Seeler, Christian Muchardt, Jean Feunteun and Pascale Cossart.

    http://www2.cnrs.fr/presse/communique/2084.htm


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    Une protection naturelle contre le sida © La Recherche

    De petites différences dans la structure d’une protéine du système immunitaire expliqueraient pourquoi certaines personnes résistent naturellement au virus du sida. Photo © Image courtesy of Paul de Bakker

    Environ une personne sur 300 infectées par le virus du sida (VIH) reste en bonne santé sans avoir besoin de traitements. Comment ? C’est ce que tentent de découvrir les scientifiques depuis plus de dix ans. En étudiant ces « contrôleurs du VIH », ils espèrent comprendre les mécanismes de protection naturelle contre le virus, et ainsi trouver une piste pour un vaccin. Une vaste étude génétique permet aujourd’hui de mieux comprendre ces mécanismes : l’explication tiendrait notamment à de petites différences au niveau d’une protéine nommée HLA-B [1] .

    On savait déjà que les contrôleurs du VIH développent une forte réponse immunitaire contre le virus [2]. Ils produisent des globules blancs qui reconnaissent et détruisent spécifiquement les cellules infectées par le VIH. Cela empêche la réplication de ce dernier, dont la quantité dans le sang reste très faible. Mais comment une réponse immunitaire aussi efficace est-elle mise en place ? Pour le savoir, un consortium international de 300 chercheurs, « The international HIV controllers study », s’est donc constitué à l’initiative de Bruce Walker et de ses collègues, de l’hôpital général du Massachusetts à Boston, aux États-Unis. Le but : identifier des caractéristiques génétiques associées à ces mécanismes de protection naturelle.

    Ils ont donc comparé les génomes de 1000 contrôleurs du VIH et de 2650 patients qui développeraient le sida s’ils n’étaient pas traités. Résultat : environ 300 différences génétiques, situées sur le même chromosome, sont associées à la protection. Les plus intéressantes sont situées au niveau du gène codant la protéine HLA-B. Grâce à cette protéine, les cellules immunitaires reconnaissent et détruisent les cellules infectées. Or c’est au niveau de la région qui lui permet de remplir cette fonction que les différences génétiques observées entraînent de petits changements de forme et de structure. « Ces différences permettraient d’induire des réponses plus efficaces contre le VIH, explique Gianfranco Pancino, de l’unité régulations des infections rétrovirales à l’Institut Pasteur, à Paris. C’est une avancée remarquable dans la compréhension des mécanismes de la réponse immunitaire. »

    « De précédentes études avaient suggéré que la protéine HLA-B pouvait être impliquée dans la protection naturelle contre le VIH, mais nous ne savions pas comment, ni quelles différences expliquaient la protection », remarque Bruce Walker. Toutefois,  «ces différences génétiques n’expliquent pas la protection chez tous les contrôleurs du VIH, souligne Gianfranco Pancino. Il reste d’autres mécanismes à découvrir» .


    Photo : Des différences génétiques provoquent des changements de la structure de la protéine HLA-B représentée ci-dessus. Ils aideraient certaines personnes infectées par le virus du sida à induire une réponse immunitaire plus efficace. © Image Courtesy of Paul de Bakker

    Sandrine Etien

    [1] F. Pereyra et al., Science,doi: 10.1126/science.1195271, 2010.

    [2] A. Saez-Cirion et al., PNAS, 104, 6776, 2007.

    Sur le même thème, La Recherche a publié :

    Sida et thérapie génique N°429, avril 2009.

    Les chiffres du sida revus à la baisse N°415, janvier 2008.

    Des "ponts" cellulaires pour le virus du sida N°418, avril 2008.

    La circoncision fera-t-elle reculer le sida ? N°431, juin 2009.

    http://www.larecherche.fr/content/actualite-sante/article?id=29036


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  • Certaines portions de chromosomes peuvent être brusquement pulvérisées en morceaux qui s'assemblent ensuite au hasard, entraînant des dizaines de mutations qui se révéleront cancéreuses.

    Jean-Jacques Perrier

    Des dizaines de mutations apparues simultanément dans un même chromosome : c'est ce qu'a observé l'équipe de Peter Campbell, de l'Institut Wellcome Trust Sanger, à Cambridge, en Angleterre, dans des tumeurs cancéreuses. Ce mécanisme inédit concernerait deux à trois pour cent de tous les cancers.

    Les biologistes qui étudient l'ADN des cellules cancéreuses y détectent généralement diverses anomalies génétiques telles que des mutations (changements d'une base de l'ADN), des délétions (cassures d'un segment) et des duplications de gènes. Pour expliquer cela, la théorie dite des mutations somatiques, proposée par l'Américain Peter Nowell en 1976, considère que ces altérations se produisent indépendamment au fil du temps à différents endroits du génome d'un petit nombre de cellules, de façon aléatoire. Le système de réparation de l'ADN en corrige certaines, permettant aux cellules altérées de continuer de fonctionner. Mais à partir d'un certain seuil de mutations, l'une de ces cellules perdrait le contrôle de ses divisions, proliférerait et produirait des populations cellulaires agressives et envahissantes, qui formeraient finalement une tumeur maligne. Dans certains cas, s'ajoutent à ces altérations des réarrangements chromosomiques importants ou la formation, lors de la division cellulaire, d'un nombre anormal de chromosomes, ou aneuploïdie.

    L'événement « cataclysmique » observé par l'équipe anglaise, qu'elle nomme chromothripsie (du grec thripsis, mettre en pièces), est d'une tout autre ampleur. À l'aide d'une technique de séquençage à haut débit de nouvelle génération, les chercheurs ont analysé le génome de dix patients leucémiques. Chez l'un d'eux, ils ont découvert 42 réarrangements, issus de cassures d'ADN, dans une portion restreinte du génome, en l'occurrence essentiellement le bras long du chromosome 4.

    Ce chromosome montrait une séquence totalement bouleversée, certains fragments cassés s'étant recollés à d'autres endroits. En analysant ensuite divers types de tumeurs issues de 3 000 personnes, les chercheurs ont découvert des dizaines de réarrangements, concentrés dans quelques portions de quelques chromosomes, dans 2 à 3 pour cent des cas, et jusque dans 25 pour cent des tumeurs osseuses (ostéosarcomes et chordomes). Une des tumeurs coloreactales analysées contenait ainsi 239 réarrangements dans un seul chromosome.

    Selon P. Campbell et ses collègues, cette configuration anormale ne peut s'expliquer que par un unique événement catastrophique, et non par le modèle gradualiste classique : des dizaines de cassures d'ADN se produiraient simultanément lors d'une division cellulaire, comme si une portion de chromosome explosait en morceaux ; certains morceaux seraient recollés par la machinerie de réparation de l'ADN en un patchwork n'ayant rien à voir avec l'original, provoquant des dizaines ou centaines de mutations dans des gènes. La plupart des cellules ne survivraient pas à ce cataclysme. Mais certaines acquérraient des mutations leur conférant une capacité à proliférer et un avantage sélectif sur les autres cellules.

    Quels sont les indices en faveur de l'interprétation « catastrophiste » ? Les chromosomes examinés diffèrent de ceux d'autres tumeurs cancéreuses, où les réarrangements chromosomiques sont dispersés dans tout le génome. De plus, on ne trouve jamais plus de deux copies d'un même segment d'ADN dans les cellules ayant subi une chromothripsie, alors que les autres tumeurs en présentent souvent plusieurs, du fait de la succession d'événements de duplication. Un modèle statistique montre que de nombreux réarrangements indépendants et séquentiels apparaissant au cours de plusieurs dizaines de divisions cellulaires — ce que décrit le modèle progressif classique — ont une faible probabilité de ne produire que deux copies d'un même segment d'ADN.

    Quelle peut être la cause de la chromothripsie ? Elle peut être physique, par exemple des radiations ionisantes, aptes à produire un tel morcellement chromosomique lors de la division cellulaire. Un autre scénario impliquerait un dysfonctionnement du rétrécissement naturel, ou attrition, des extrémités des chromosomes, les télomères, ce qui expliquerait que la plupart des réarrangements concernent des régions chromosomiques proches des télomères.

    P.J. Stephens <i>et al.</i>, Sanger Institute
    P.J. Stephens et al., Sanger Institute

    Des réarrangements chromosomiques localisés sont observés dans 2 à 3 pour cent des tumeurs cancéreuses. Ainsi, le chromosome 8 est retrouvé sous une forme dispersée dans certaines tumeurs du poumon à petites cellules. Certains morceaux se réassemblent au hasard en formant un dérivé anormal du chromosome 8, mais certains fragments forment plusieurs minichromosomes où l'on peut détecter, grâce à des sondes fluorescentes spécifiques (flèches blanches), l'expression du gène MYC, gène de cancérisation (oncogène) qui se trouve de la sorte amplifié.

    À VOIR AUSSI

    P.J. Stephens <i>et al.</i>, ©2011 Elsevier Inc.
    P.J. Stephens et al., ©2011 Elsevier Inc.

    Dans le modèle classique du développement du cancer, les altérations génétiques  (duplications, inversions, délétions) de segments d'ADN se produisent graduellement pendant des années avant que la tumeur devienne maligne.

    P.J. Stephens <i>et al.</i>, ©2011 Elsevier Inc.
    P.J. Stephens et al., ©2011 Elsevier Inc.

    Le modèle catastrophiste du développement du cancer proposé par l'équipe britannique suggère qu'un unique événement fait exploser une partie d'un chromosome en morceaux, qui sont ensuite en partie réassociés de façon anarchique par le système cellulaire de réparation de l'ADN, provoquant ainsi des mutations. D'autres segments sont perdus par la cellule ou réarrangés sous forme de minichromosomes, comme dans l'image du haut.

    POUR EN SAVOIR PLUS

    L'AUTEUR

    Jean-Jacques Perrier est journaliste àPour la Science.

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  • Une protection naturelle contre le sida © La Recherche

    De petites différences dans la structure d’une protéine du système immunitaire expliqueraient pourquoi certaines personnes résistent naturellement au virus du sida. Photo © Image courtesy of Paul de Bakker

    Environ une personne sur 300 infectées par le virus du sida (VIH) reste en bonne santé sans avoir besoin de traitements. Comment ? C’est ce que tentent de découvrir les scientifiques depuis plus de dix ans. En étudiant ces « contrôleurs du VIH », ils espèrent comprendre les mécanismes de protection naturelle contre le virus, et ainsi trouver une piste pour un vaccin. Une vaste étude génétique permet aujourd’hui de mieux comprendre ces mécanismes : l’explication tiendrait notamment à de petites différences au niveau d’une protéine nommée HLA-B [1] .

    On savait déjà que les contrôleurs du VIH développent une forte réponse immunitaire contre le virus [2]. Ils produisent des globules blancs qui reconnaissent et détruisent spécifiquement les cellules infectées par le VIH. Cela empêche la réplication de ce dernier, dont la quantité dans le sang reste très faible. Mais comment une réponse immunitaire aussi efficace est-elle mise en place ? Pour le savoir, un consortium international de 300 chercheurs, « The international HIV controllers study », s’est donc constitué à l’initiative de Bruce Walker et de ses collègues, de l’hôpital général du Massachusetts à Boston, aux États-Unis. Le but : identifier des caractéristiques génétiques associées à ces mécanismes de protection naturelle.

    Ils ont donc comparé les génomes de 1000 contrôleurs du VIH et de 2650 patients qui développeraient le sida s’ils n’étaient pas traités. Résultat : environ 300 différences génétiques, situées sur le même chromosome, sont associées à la protection. Les plus intéressantes sont situées au niveau du gène codant la protéine HLA-B. Grâce à cette protéine, les cellules immunitaires reconnaissent et détruisent les cellules infectées. Or c’est au niveau de la région qui lui permet de remplir cette fonction que les différences génétiques observées entraînent de petits changements de forme et de structure. « Ces différences permettraient d’induire des réponses plus efficaces contre le VIH, explique Gianfranco Pancino, de l’unité régulations des infections rétrovirales à l’Institut Pasteur, à Paris. C’est une avancée remarquable dans la compréhension des mécanismes de la réponse immunitaire. »

    « De précédentes études avaient suggéré que la protéine HLA-B pouvait être impliquée dans la protection naturelle contre le VIH, mais nous ne savions pas comment, ni quelles différences expliquaient la protection », remarque Bruce Walker. Toutefois,  «ces différences génétiques n’expliquent pas la protection chez tous les contrôleurs du VIH, souligne Gianfranco Pancino. Il reste d’autres mécanismes à découvrir» .


    Photo : Des différences génétiques provoquent des changements de la structure de la protéine HLA-B représentée ci-dessus. Ils aideraient certaines personnes infectées par le virus du sida à induire une réponse immunitaire plus efficace. © Image Courtesy of Paul de Bakker

    Sandrine Etien

    http://www.larecherche.fr/content/actualite-sante/article?id=29036


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