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    New Microscope Enables Real-Time 3-D Movies of Developing Embryos [Slide Show]

    A European lab combines "light sheet" microscopy with an illumination process that subtracts the static caused by scattered photons to devise a way to clearly observe the inner workings of cells over a period of days

    By Veronique Greenwood   

     

    GLOWING EMBRYOS: Using a fluorescent microscopy technique that allows viewing times lasting nearly two and a half days, scientists can now track each cell in a growing embryo.
    IMAGE COURTESY OF PHILIPP KELLER

    http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=new-microscope-enables-movies-of-embryos

     


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  • Des chercheurs allemands ont trouvé le moyen de produire chez l'animal de la bonne graisse, consommatrice de lipides, aux dépens de celle qui les stocke.

    Bénédicte Salthun-Lassalle

    L'obésité est peut-être le mal de ce siècle ; si cette maladie a de nombreuses causes, elle résulte d'un excès de stockage des lipides (les graisses de l'alimentation) dans les cellules graisseuses, ou adipocytes, et d'un surplus énergétique chronique (on ne dépense pas suffisamment d'énergie en comparaison des apports). Mais il existe deux types de tissus graisseux dans l'organisme : le blanc, qui est la plus importante réserve énergétique de l'organisme (et qui représente 15 à 20 pour cent du poids d'un adulte sans surcharge pondérale), et le brun, formé de cellules graisseuses brunes, qui est une source de chaleur. Alexandros Vegiopoulos, du Centre de recherche en cancérologie de Heidelberg, en Allemagne, et ses collègues ont trouvé chez la souris le moyen de favoriser la production de tissu brun, brûleur de calories.

    Les adipocytes blancs synthétisent et stockent les lipides ; ils n'en libèrent que lorsque les besoins de l'organisme sont supérieurs aux apports alimentaires. On les trouve notamment dans l'abdomen et les cuisses et s'ils stockent trop de lipides, ils sont impliqués dans l'obésité. Les adipocytes bruns, quant à eux, stockent les lipides, mais les consomment rapidement pour produire de la chaleur. Ils participent à la régulation thermique du corps. Ils sont surtout présents chez les mammifères hibernants ainsi que chez le fœtus et le nouveau-né humains, car ils permettent au nourrisson de s'adapter à son nouvel environnement froid. La présence de ce tissu brun chez l'adulte a longtemps été discutée, mais on sait depuis 2009 qu'il subsiste le long de la colonne vertébrale et sous les clavicules. Il s'activerait notamment en réaction au froid (par exemple quand la température extérieure passe de 22°C à 16°C) pour réchauffer l'organisme.

    Favoriser la production de ce tissu brun aux dépens du blanc pourrait ainsi constituer une stratégie efficace pour lutter contre l'obésité. Les biologistes allemands ont montré chez la souris qu'une enzyme nommée cyclooxygénase-2 induit l'évolution des cellules adipeuses dites progénitrices – qui donneront des cellules graisseuses fonctionnelles – en cellules brunes plutôt qu'en cellules blanches. Ainsi, les souris génétiquement modifiées pour fabriquer d'importantes quantités de cette enzyme brûlent rapidement leur énergie et sont protégées d'une obésité due à l'alimentation, comparées à des souris normales. Or la cyclooxygénase-2 est nécessaire à la synthèse des prostaglandines, hormones qui interviennent dans de multiples fonctions de l'organisme, dont le système immunitaire. Et les biologistes ont montré que les prostaglandines favoriseraient l'expression des gènes du tissu brun dans les cellules adipeuses. Voilà une voie thérapeutique contre l'obésité qu'il va falloir sérieusement étudier.

    Fabriquer de la  bonne graisse
    © Shutterstock/Sebastian Kaulitzki

    Ces cellules graisseuses, des adipocytes dits blancs, stockent de la graisse. Il serait préférable qu’elles deviennent des adipocytes bruns ; elles brûleraient alors plus de graisses !

    Pour en savoir plus

    L'auteur

    Bénédicte Salthun-Lassalle est journaliste à Pour la Science.

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  • En bleu, les colonies de Mycoplasma capricolum ayant reçu le génome synthétique de Mycoplasma mycoides. © Image courtesy of Science/AAAS Créer de toutes pièces une cellule vivante ? L’objectif, encore lointain, se rapproche : Craig Venter vient d'obtenir les premières bactéries au génome synthétisé in vitro.

    Craig Venter a encore frappé. Dans la revue Science (1), le célèbre biologiste américain annonce aujourd’hui avoir obtenu la première bactérie contrôlée par un génome « synthétique », c’est-à-dire synthétisé in vitro. « Pour qui ambitionne de créer des bactéries n’existant pas dans la nature, c’est une avancée aussi importante que l’invention de l’imprimerie par rapport à l’écriture ! », s’enthousiasme Philippe Marlière, spécialiste de biologie synthétique au Genopole d’Evry. Certes, depuis les travaux de Miroslav Radman dans les années 1990, on savait déjà que le génome d’une bactérie donnée (en l’occurrence Salmonella) pouvait fonctionner dans une autre bactérie (Escherichia coli). Mais Venter, lui, a mis au point tout une chaîne d’assemblage permettant à terme de travailler avec des génomes conçus « à façon ».

    L’histoire commence il y a quinze ans. En 1995, Venter et deux collègues cherchent à déterminer quel pourrait être le « génome minimal » permettant à une bactérie de survivre. Ils travaillent alors avec la bactérie Mycoplasma genitalium dont le génome, long de 600 000 paires de bases seulement, est l’un des plus petits connus. À l’aube des années 2000, ils ont fait le tour des 485 gènes de la bactérie, dont un peu plus d’une centaine, pris individuellement, semblent ne pas être indispensables à l’organisme.

    La taille restreinte du génome de Mycoplasma genitalium en fait aussi un bon candidat pour qui ambitionne de synthétiser un génome de toutes pièces. C’est le cas de Venter. Encore faut-il mettre au point les outils nécessaires. Car les 600 000 paires de bases de ce génome dépassent largement les quelques milliers que les techniques alors disponibles permettent de synthétiser sans erreur. Venter franchit ce cap en 2008. La démarche adoptée consiste à synthétiser d’abord de courts fragments d’ADN, qui sont ensuite assemblés grâce à des enzymes permettent de les lier les uns aux autres. Et cela, jusqu’à obtention de fragments de la taille du quart du génome de Mycoplasma genitalium. Puis ces fragments sont introduits dans des levures servant d’usines, qui les assemblent bout à bout. Et l’on récupère le génome complet.

    Dès lors, rien de plus simple que de l’introduire dans une bactérie réceptrice ? Erreur ! La tâche s’avère au contraire compliquée, en partie parce que Mycoplasma genitalium croît très lentement. L’équipe décide alors de travailler avec d’autres bactéries se multipliant beaucoup plus vite : le génome synthétisé est celui de Mycoplasma mycoides (nettement plus long que celui de Mycoplasma genitalium puisqu’il comprend un million de paires de bases), et il est transféré dans la bactérie Mycoplasma capricolum. Là encore, les obstacles ne manquent pas. Par exemple, la levure servant d’usine ne fixe pas à l’ADN de Mycoplasma mycoides certains groupements chimiques (des groupements méthyle) comme le ferait la bactérie. Et du coup, une fois transféré dans Mycoplasma capricolum, cet ADN y est détruit. Un problème (parmi d’autres), que les chercheurs résolvent finalement en modifiant in vitro l’ADN produit par la levure, avant de le transférer dans la bactérie hôte.

    Et maintenant ? Venter ne s’en cache pas, son objectif est de créer une bactérie synthétique capable de produire des composés chimiques sur mesure. « Cela nécessitera de savoir manipuler des génomes encore plus gros, anticipe Philippe Marlière. Des génomes d’au moins 2 millions de paires de bases, dans lesquels on aura introduit des voies métaboliques artificielles. » Sans compter qu’un jour, il sera peut-être possible de produire des bactéries ayant un génome réellement nouveau. Ce jour-là, les autorités de régulation auront du pain sur la planche !

    Cécile Klingler

    (1) Daniel G. Gibson et al., Sciences, doi: 10.1126, 1190719, 2010

    http://www.larecherche.fr/content/actualite-vie/article?id=27770


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  • Ces neurones, qui pourraient expliquer notre aptitude à nous mettre à la place d'autrui, n'avaient jusqu'alors été mis en évidence que chez le singe.

    Marie-Neige Cordonnier

    Certains neurones s'activeraient non seulement quand on effectue un geste – par exemple attraper un fruit et le mettre dans sa bouche –, mais aussi quand on observe une autre personne exécuter la même action. Dès leur découverte, il y a une quinzaine d'année, ces neurones – appelés neurones miroirs – ont suscité un intérêt particulier chez les neurobiologistes, qui y ont vu l'explication de notre faculté à nous mettre à la place d'autrui, à cerner ses intentions et ses sentiments, bref, l'explication neurobiologique de l'empathie. Toutefois, mis en évidence chez le singe macaque, ces neurones n'avaient pas été détectés chez l'homme, même si des observations indirectes par imagerie cérébrale suggéraient leur existence. C'est désormais chose faite.

    Profitant de l'implantation d'électrodes dans le cerveau de 21 patients épileptiques destinées à rechercher les foyers épileptiques, des neurobiologistes américains et israéliens ont analysé l'activité de 1177 neurones sous diverses conditions : ils ont demandé aux patients soit d'observer une personne saisissant un objet ou un visage exprimant une émotion (colère, joie), soit d'exécuter eux-mêmes ces actions suite à une injonction visuelle (l'affichage d'un mot sur un écran). Si la majorité des neurones n'ont répondu qu'à une des deux situations, une proportion significative (68 neurones) ont réagi dans les deux situations. Pour les chercheurs, cette réponse double est la signature de neurones miroirs.

    Chez le singe, l'activité de neurones miroirs avait été enregistrée dans les aires frontale et pariétale, deux aires impliquées dans l'exécution des mouvements volontaires. Chez les 21 patients, les électrodes n'ont pas été implantées dans ces régions, car les foyers épileptiques n'y étaient pas localisés. Les neurones miroirs ont donc été détectés ailleurs : pour certains, dans l'aire motrice secondaire, aire du cerveau qui intervient dans l'initiation d'un mouvement ou dans l'exécution d'une séquence de mouvements, pour d'autres, dans l'hippocampe et ses aires voisines, régions intervenant dans la mémorisation et le rappel des souvenirs.

    En outre, la réponse des neurones miroirs varie selon les neurones : chez certains, la fréquence des impulsions électriques a augmenté dans les deux situations (observation ou action) ; chez d'autres, elle a diminué dans les deux cas ; chez d'autres, enfin, elle a augmenté dans la situation d'action et diminué dans la situation d'observation.

    Pour les chercheurs, la multiplicité des réponses possibles et des localisations des neurones miroirs suggère, chez l'homme, l'existence de plusieurs systèmes de neurones miroirs offrant une certaine modulabilité dans l'intégration et la distinction des informations reçues et du comportement à adopter en conséquence. Depuis quelques temps, des critiques s'élèvent contre l'explication de l'empathie à l'aide des seuls neurones miroirs, jugée trop simpliste, au profit d'une vision qui, outre les neurones miroirs, intègrerait une part de raisonnement dans l'empathie, fondée sur l'expérience émotionnelle personnelle. La modulabilité du traitement des informations émotionnelles par les neurones miroirs réconciliera peut-être ces deux visions.

    Des neurones miroirs détectés chez l’homme
    Shutterstock / Aetherial Images

    Certains de nos neurones s’activent non seulement quand nous exprimons une émotion, mais aussi quand nous observons cette émotion chez autrui. Ces « neurones miroirs » seraient-ils les bases neurobiologiques de l’empathie ?

    POUR EN SAVOIR PLUS

    - R. Mukamel et al.Single-neuron responses in humans during execution and observation of actionsCurrent Biology, vol. 20, sous presse, doi:10.1016/j.cub.2010.02.045.
    - J. Decety, La force de l’empathie,Cerveau&Psycho, n°38, pp. 43-49, mars 2010.
    - S. Bohler, Empathie : la fin des neurones miroirs ?Cerveau&Psycho, en ligne, 31 mars 2009.
    - G. Rizzolatti et al.Les neurones miroirsPour la Science, n°351, pp. 44-49, janvier 2007.
    - V. Ramachandran et L. Oberman, Les miroirs brisés de l’autismePour la Science, n°351, pp. 50-57, janvier 2007.

    L'AUTEUR

    Marie-Neige Cordonnier est journaliste à Pour la Science.

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  • Time-lapse films reveal the functions of human genes.

    Metaphase of mitosisCells have been caught on camera at various stages of division.J. Bulkescher

    Working out the functions of individual genes in human cells is now much simpler thanks to a new database of time-lapse movies showing cells in action.

    Jan Ellenberg of the European Molecular Biology Laboratory (EMBL) in Heidelberg, Germany, and his colleagues across Europe introduced the freely accessible database of 190,000 videos to the scientific community along with a paper published today in Nature1.

    Ellenberg and his team set out to observe what happens to cells when each of the 21,000 human protein-coding genes is disrupted. They perturbed gene expression using short interfering RNA molecules (siRNA) and then observed the effects over two days on fluorescently labelled chromosomes using time-lapse imaging. Because this generated huge amounts of data — more than 19 million cell divisions — the researchers developed computational tools to analyse all of the videos. Their technique automatically tracked the position of the nucleus in each cell and classified its appearance into 16 different categories. The method recognized with 87% accuracy changes in the nuclear shape that were related to basic functions such as cell division, proliferation, survival and migration.

    "Technically this paper is really a tour de force," says Jason Swedlow, a cell biologist at the University of Dundee, UK. "The systematic way the group has gone through and knocked down genes and filmed the results is really impressive."

    Mitosis matters

    Ellenberg and his colleagues more than doubled the number of genes that are known to be involved in mitosis, a type of cell division. "This is a very important achievement," Swedlow says. "Even though we know the sequences of different genomes, we don't yet know the names of all the genes involved in a fundamental process like cell division."

    “The systematic way the group has gone through and knocked down genes and filmed the results is really impressive.”


    After performing the initial genome-wide screen of 21,000 genes, the researchers identified 1,249 genes associated with changes in the appearance and spatial arrangement of chromosomes. Nearly half of these genes are involved in mitosis (see video showing normal cell division). Then they linked together snapshots of cell events across time to visualize how cells adapt to disruptions in this process. This showed that delays in mitosis result in cell death and abnormal chromosome segregation, the process by which paired chromosomes split (see video of cell division disrupted using siRNA).

    Some genes were associated with problems in early cell division, and others were linked to problems in a later stage called cytokinesis, in which cells containing two nuclei divide in half. The scientists used these groupings to predict the mitotic functions of the newly discovered genes, including those involved in cytokinesis and spindle assembly — a process that helps to align the chromosomes in the middle of the cell before it divides. The authors also went on to identify 783 genes that could have a role in cell survival and 360 genes that might guide cell migration.

    "It's a very comprehensive study," says Michael Boutros, a cell biologist at the German Cancer Research Center, also in Heidelberg. "It broadly reflects the different effects that genes have on the cell cycle. That's going to be a very important contribution."

    Cellular YouTube

    The next step is for multiple research groups to validate the hundreds of candidate mitotic genes found in this screen and to figure out how they guide cell division, Ellenberg says. Because these genes are often involved in cancer, it will be useful to compare how they regulate the cell cycle in cancerous and healthy cells. "In the long run, the technology will really allow us to diagnose and treat cancer much better," he says.

    Early signs indicate that the database will be popular. "Overwhelmingly the reaction is very positive," Ellenberg says. "People bombard me with e-mails and ask, 'Can I have the movies for my favourite gene?'" Now they can log on to the database and discover clusters of genes that underlie a particular response in cells, he says. "People want to have the data. They don't want to do the silencing experiments themselves anymore."

    "It's a great resource," Boutros says. "People can go to the data set and discover new relationships that have not been described in the paper. To have everything available online is a big step forward." 

    References

    1. Neumann, B. et al. Nature 464, 721-727 (2010). | Article | ChemPort |

    http://www.nature.com/news/2010/100331/full/news.2010.164.html


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