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Chez les organismes sexués, les cellules sexuelles, ou gamètes, se forment grâce à un mécanisme de deux divisions successives, la méiose, qui réduit le nombre de chromosomes de moitié. La cellule germinale mère comprend deux ensembles de chromosomes homologues d'origine paternelle et maternelle ; elle est dite diploïde (2n). En revanche, chaque gamète, issu de la cellule germinale mère, ne comprend plus qu'un seul ensemble de chromosomes formés par les échanges (recombinaisons ou « crossing-over ») entre chromosomes homologues ; les gamètes sont dits haploïdes (n). À la fécondation, l'union de deux gamètes (n + n) donne un embryon diploïde. 

Le groupe de Raphaël Mercier, de l'Institut Jean-Pierre Bourgin, à l'INRA de Versailles, a identifié chez une plante modèle, l'arabette des Dames (Arabidopsis thaliana), un gène qui contrôle l'entrée dans la seconde division de la méiose. En combinant la mutation de ce gène, nommé OSD1 (omission of the second division), avec deux autres mutations précédemment mises en évidence, ces chercheurs ont créé une arabette mutante dont les gamètes sont produits non par méiose mais par une division simple, une mitose. Nommée MiMe (mitose au lieu de méiose), ce mutant voit le nombre de ses chromosomes doubler à chaque génération puisque des gamètes 2n, puis 4n, fusionnent. Or les plantes 8n sont stériles.

Quel est l'intérêt de cette astuce génétique ? Chez les plantes à fleurs, plus de 400 espèces, tels le pissenlit et l'aubépine, sont capables de produire des graines sans méiose (on parle d'apoméiose) et sans fécondation (parthénogenèse). Cette forme de reproduction asexuée est l'apomixie (soit, étymologiquement, sans mélange). Les plantes de la descendance sont, de ce fait, de parfaits clones de leurs parents. En utilisant ce type de reproduction asexuée, les espèces apomictiques produisent rapidement un grand nombre de graines. En agriculture, cette propriété permet de conserver des caractères avantageux de génération en génération, sans risque de les voir perturbés par la recombinaison génétique.

Depuis plusieurs décennies, des chercheurs tentent de transférer par croisements l'apomixie naturelle de certaines plantes à leurs parentes cultivées. Par exemple, un programme réunissant l'IRD et le Centre international pour l'amélioration du maïs et du blé (CIMMYT), au Mexique, vise à obtenir un maïs apomictique à partir de croisements avec des plantes sauvages, les Tripsacum. Mais sans succès jusqu'à présent, pour des raisons mal comprises. L'obtention de telles variétés permettrait notamment aux agriculteurs d'utiliser les semences de leur propre récolte, sans avoir à racheter des semences à chaque cycle, tout en conservant la supériorité des hybrides sur les parents d'origine (un caractère nommé vigueur hybride).

Le travail des chercheurs de l'INRA illustre une autre voie d'obtention de l'apomixie, potentiellement plus rapide que les croisements : la mutation dirigée. La première barrière vers l'objectif — obtenir l'apoméiose — est franchie. On sait que le gène OSD1 et les deux autres gènes qu'il faut muter à cette fin existent aussi chez les plantes cultivées, précise Raphaël Mercier. La deuxième étape consiste à obtenir un albumen sans fécondation (chez les plantes à fleurs, l'autre composante de la graine, le tissu nourricier, ou albumen, provient de la double fécondation de l'ovule par le grain de pollen) ; elle est aussi sur le point d'être réalisée car des chercheurs ont identifié de tels mutants. Reste à provoquer génétiquement la parthénogenèse, c'est-à-dire la production de l'embryon sans fécondation. Une longue route encore, qui sera sans doute l'un des axes de travail d'un projet européen sur l'apomixie dont le financement vient d'être accepté.

Les microARN sont de petites molécules d'ARN qui régulent l'expression des gènes en interagissant avec les ARN messagers, transcrits à partir des gènes. Ces dernières années, les scientifiques ont observé que beaucoup de tumeurs cancéreuses sont caractérisées par une composition anormale en microARN, certains étant produits en trop, d'autres en moins grande quantité. L'équipe de Joshua Mendell, à l'Université Johns Hopkins de Baltimore, a ainsi montré que les tumeurs hépatiques humaines produisent beaucoup moins de microARN 26a, ou miR-26a, que les cellules de foie normal. Ce microARN est connu pour inhiber l'expression des gènes de cyclines, des protéines qui interviennent dans le cycle et la division cellulaires. De ce fait, in vitro, cette molécule bloque la prolifération de cellules cancéreuses hépatiques.

En est-il de même in vivo ? Pour le savoir, l'équipe américaine a injecté des virus dits adéno-associés (AAV) porteurs de miR-26a ou dépourvus de cette séquence à des souris, les unes normales, les autres agressées par des tumeurs hépatiques. Les vecteurs viraux portaient aussi une séquence d'ADN codant la protéine fluorescente verte (GFP), de façon à visualiser leur intégration dans les cellules cibles.

Trois semaines plus tard, les chercheurs ont comparé l'évolution des tumeurs chez les différents groupes de souris. Six souris sur huit du groupe ayant reçu un vecteur neutre avaient leur foie envahi par les tumeurs. En revanche, huit souris sur dix du groupe traité ne montraient que de petites masses cancéreuses ou un foie débarrassé de tumeurs. 

Les deux cas d'échec correspondaient à une efficacité moindre du transfert du microARN par le vecteur viral, ce qui renforce l'idée d'un effet direct de la petite molécule sur les tumeurs. L'analyse montre effectivement que le microARN inhibe la prolifération des cellules cancéreuses et active leur mort par apoptose, un processus génétiquement programmé, alors qu'il n'exerce aucun effet sur les cellules normales (voir les photos).

Par aileurs, l'équipe de Robert Weinberg, de l'Institut Whitehead de recherche biomédicale, à Cambridge, a observé chez la souris que l'apport d'un autre microARN, miR-31, par l'intermédiaire de cellules injectées au niveau d'une tumeur mammaire primaire, inhibe la formation de métastases. Inversement, l'inhibition de ce microARN par des « éponges à ARN » — des constructions d'ARN qui captent les microARN présents dans la cellule — stimule la formation de métastases. Chez la femme, l'analyse de tumeurs du sein montre que la sous-production du microARN est associée à un risque plus important de métastases.

Ces résultats spectaculaires vont certainement stimuler encore les recherches sur les microARN, dont on découvre chaque jour un peu plus l'importance dans les cellules. La description complète des microARN surexprimés ou sous-exprimés dans différents types de tumeurs permettrait de tester leurs effets thérapeutiques, en vue d'améliorer l'arsenal utilisé pour lutter contre les cancers.

Le problème de la stabilité du Système solaire est l'un des plus vieux problèmes de la physique. Si l'on calcule le mouvement d'une seule planète autour du Soleil, on retrouve bien le mouvement elliptique décrit par Kepler. Mais les planètes du Système solaire exercent les unes sur les autres une attraction gravitationnelle qui vient s'ajouter à celle du Soleil et perturbe leur mouvement elliptique régulier. Ces perturbations peuvent-elles à long terme rendre les orbites imprévisibles et conduire à des collisions entre planètes ? En d'autres termes, le système Solaire est-il stable ? Depuis Newton, de nombreux physiciens ou mathématiciens se sont attaqués à ce problème épineux, qui ne peut être résolu de façon exacte.

Un ensemble de simulations numériques que viennent de mener Jacques Laskar et Mickael Gastineau, de l'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides, à l'Observatoire de Paris, montre que dans un pour cent des cas environ (c'est-à-dire dans plus d'une vingtaine de simulations sur 2 500), le Système solaire est instable : des collisions entre planètes ou avec le Soleil surviennent en moins de 5 milliards d'années.

Il y a une vingtaine d'années, J. Laskar avait déjà montré par des simulations sur ordinateur que le mouvement du Système solaire est chaotique. Dès lors, en raison de la sensibilité aux conditions initiales, impossible de prédire les trajectoires des planètes au-delà d'une durée de quelques dizaines de millions d'années. De même, impossible de se contenter d'un seul calcul : seule une vision statistique sur un grand nombre de simulations, menées avec des conditions initiales légèrement différentes, a un sens pour décider si une collision se produira dans le Système solaire d'ici la mort du Soleil, dans cinq milliards d'années.

En 1994, J. Laskar a montré qu'en raison de la proximité d'une résonance entre l'orbite de Mercure et celle de Jupiter (une résonance est un rapport entier entre les périodes orbitales, qui renforce de façon répétée les perturbations mutuelles), la variabilité de l'excentricité de Mercure (l'élongation de son orbite) est telle qu'une collision avec Vénus est possible d'ici cinq milliards d'années. Pour parvenir à ce résultat, l'astronome avait cependant utilisé des équations moyennées. Or cette approximation, si elle permet de réduire considérablement le temps de calcul, n'est plus valable au voisinage de la collision.

La dernière étude réalisée par J. Laskar et M. Gastineau lève ces approximations gênantes. Les deux chercheurs ont calculé les trajectoires des planètes du Système solaire pour plus de 2 500  conditions initiales, dans le cadre d'un modèle réaliste qui intègre les effets de la relativité générale et, entre autres, la contribution de la Lune. L'ensemble a demandé pas moins de sept millions d'heures de calcul !

Dans la majorité des solutions, le Système solaire continue de tourner sans souci : les orbites des planètes s'allongent et se décalent autour du Soleil, mais sans risque de collisions ou d'éjection. Dans un pour cent des cas, cependant, l'excentricité de Mercure augmente de façon considérable, au point de conduire à une collision avec Vénus ou le Soleil d'ici cinq milliards d'années, tandis que l'orbite de la Terre reste stable.

En revanche, pour l'une de ces solutions critiques, l'augmentation de l'excentricité de Mercure provoque une cascade d'effets, qui aboutit d'ici 3,4 milliards d'années à une déstabilisation complète des planètes internes (Mercure, Vénus, la Terre et Mars). Pour préciser leur devenir, les chercheurs ont relancé 200 calculs à partir de cette déstabilisation. Résultat : Mars est éjectée dans cinq cas, et tous les autres conduisent en moins de 100 millions d'années à une collision entre deux planètes ou entre une planète et le Soleil, dont 48 impliquent la Terre. L'équilibre du Système solaire est plus fragile qu'il n'y paraît…

L'équipe de Jean-René Huynh, du Laboratoire Génétique du développement et cancer de l'Institut Curie et de l'Institut Jacques Monod (CNRS/Inserm/Université Paris Diderot et Université Pierre et Marie Curie), a voulu comprendre les mécanismes de cette division asymétrique. Les chercheurs ont mis au point des techniques de maintien fonctionnel, ex vivo, des ovarioles, les structures de l'ovaire qui, chez les insectes, produisent les ovocytes.

Ayant identifié une lignée de drosophiles mutantes où la production d'ovocytes est diminuée, ils ont montré qu'une mutation altère un gène de cette lignée, le gène wicked (« super » ou « génial » en anglais). Les biologistes ont montré que la protéine Wicked correspondante contribue à l'élaboration des ribosomes, la « machinerie » moléculaire qui synthétise les protéines. Ce mécanisme est général dans toutes les cellules, mais il est adapté par les cellules souches germinales. En effet, en marquant la protéine par des marqueurs fluorescents, les chercheurs ont révélé que la protéine Wicked se répartit de façon asymétrique lors de la division d'une cellule souche germinale, au moment où l'enveloppe du noyau cellulaire se rompt : la cellule fille destinée à être une nouvelle cellule souche contient plus de protéine Wicked que la cellule qui se différenciera en gamète. Il semble donc que l'accumulation de la protéine Wicked du côté de la cellule fille souche couvre, via une synthèse des protéines plus importante, les besoins de croissance qui sont ceux de ce type de cellule.

Par ailleurs, l'équipe a prouvé que la localisation préférentielle de Wicked se produit aussi dans les cellules souches neurales, qui donneront les neurones du cerveau adulte. En l'absence de Wicked, ces cellules souches sont plus petites et produisent un petit nombre de neurones.

Le mécanisme de formation des ribosomes impliquant la protéine Wicked pourrait servir à mieux comprendre le rôle, supposé, de certaines cellules souches dans la formation ou le développement de tumeurs cancéreuses. On sait que des inhibiteurs de la protéine Myc, activateur de la construction des ribosomes, sont altérés dans certains cancers. Il est donc possible que la dérégulation de la production de ribosomes augmente la prolifération de cellules souches et soit à l'origine de tumeurs.