Life Sciences Université Paris-Saclay

Des chercheurs de l’Université nationale de Singapour ont développé un test sanguin capable de surveiller dans les 24 heures le succès d’une thérapie ciblée sur la croissance tumorale. Une telle approche pourrait permettre d’adapter, ou même de repenser, un traitement rapidement en fonction de son efficacité sur le cancer.

Contrairement aux chimiothérapies qui interfèrent avec l’ensemble des cellules à division rapide et peuvent causer des dommages étendus, les médicaments ciblés se concentrent sur des molécules spécifiques jouant un rôle clé dans la croissance du cancer. Malgré la nature précise de ces médicaments, l’évaluation clinique de leur efficacité repose principalement sur l’imagerie volumétrique tumorale et/ou sur des biopsies tissulaires. Or, ces procédures sont invasives, coûteuses et souvent opérées après plusieurs semaines de traitement.

Dans une étude parue dans Nature Nanotechnology, des chercheurs de l’Université nationale de Singapour ont développé une approche moins invasive et plus rapide.

Baptisée ExoSCOPE, la méthode se concentre sur les vésicules extracellulaires (VE), de minuscules particules véhiculées dans le sang par les cellules. Dans ce cas précis, les cellules cancéreuses touchées par un médicament sécrèteront des particules contenant des traces du médicament.

Pour “amplifier” les signaux médicamenteux émis par ces particules, les chercheurs se sont appuyés sur une configuration de capteurs spéciale impliquant des millions de nanoanneaux d’or. Une analyse sophistiquée des signaux lumineux dans un petit échantillon de sang collecté peut alors indiquer si les médicaments ont atteint ou non leur cible dans le corps.

“En utilisant l’ExoSCOPE, nous pouvons mesurer directement les résultats de l’efficacité du médicament dans les 24 heures suivant le début du traitement“, assure Shao Huilin, coordinateur de l'étude. “Cela réduira considérablement le temps et le coût de la surveillance du traitement du cancer“.

Autre point important : cette nouvelle méthode serait aussi capable de surveiller la dynamique des médicaments administrés au fil du temps. Munis de ces informations, les médecins pourraient alors “faire des ajustements en temps opportun en personnaliser le traitement pour de meilleurs résultats“, poursuit le chercheur.

Dans un essai clinique impliquant 106 patients atteints d’un cancer du poumon, l’ExoSCOPE aurait obtenu un taux de précision de 95% lors de la détermination de l’efficacité du médicament, comparé à l’étalon-or actuel de la mesure des tumeurs. En revanche, il a obtenu ces résultats en un temps beaucoup plus court.

Pour l’heure, l’ExoSCOPE est toujours en développement. Les chercheurs désirent maintenant étendre sa portée pour couvrir d’autres types de maladies et prendre en charge plus de types de traitement. Selon eux, la technologie pourrait être utilisée dans environ trois ans.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Une étude parue récemment dans Cell et réalisée par des chercheurs de l’université d’Oxford (Grande-Bretagne) rapporte la preuve de concept d’une nouvelle approche pour la cryo-tomographie appelée SPOTs pour « SignPost Origami Tags ». Cette approche qui utilise des Origami d’ADN a deux avantages. Les Origami étant de grande taille (30 nm) sont facilement reconnaissables sur les images de CryoET. De plus ces Origami peuvent être facilement fonctionnalisés avec à leur extrémité une séquence d’aptamères ARN qui reconnait la protéine que l’on souhaite localiser à la surface d’une membrane.

La cryoET est une approche de cryo-microscopie électronique qui utilisent des images bidimensionnelles d'un échantillon vu sous différentes inclinaisons. Elle permet d'obtenir des détails sur des structures cellulaires complexes à des résolutions de l’ordre du nanomère. Le signal de cryoET présente cependant un rapport signal sur bruit faible. La cryoET permet surtout d’identifier des très grands assemblages macromoléculaires (ribosomes, protéasomes, pore nucléaire). Les auteurs montrent dans cette étude qu’ils peuvent localiser des protéines membranaires de taille standard en les fusionnant dans cette première étude de concept à des protéines fluorescentes et en utilisant des Origami qui reconnaissent spécifiquement les protéines fluorescentes utilisées.

Cette nouvelle approche ouvre des perspectives importantes dans le domaine de la biologie cellulaire structurale.

Légende Figure : Images de reconstruction par CryoET d’Origami (bleu) ayant à leur extrémité un aptamère d’ANR reconnaissant une protéine membranaire cible (vert clair).

Article choisi par Jean-Baptiste Charbonnier (I2BC UMR CNRS/CEA/UPSaclay, Gif-sur-Yvette) : jb.charbonnier@cea.fr

Le cerveau humain a 1000 fois plus de neurones que celui des souris et est le plus grand de tous les primates, environ 3 fois plus grand que celui de nos plus proches parents vivants, les chimpanzés et les gorilles. En revanche, les raisons n'en étaient jusque-là pas connues. Pour résoudre cette énigme, les chercheurs de l’université de Cambridge ont étudié des organoïdes cérébraux créés en laboratoire, c’est-à-dire des mini-cerveaux obtenus à partir de cellules souches humaines, de gorille et de chimpanzé. Leurs travaux sont publiés dans Cell.

De la même façon que les cerveaux réels, les organoïdes de cerveau humain se sont développés de façon plus importante que ceux des gorilles ou des chimpanzés. Les chercheurs ont découvert que pour devenir des neurones, les cellules souches passent par un stade intermédiaire : elles deviennent des progéniteurs neuronaux, qui se multiplient facilement. Plus ces progéniteurs se multiplient, plus il y aura des neurones. Ces progéniteurs neuronaux se transforment progressivement d’une forme cylindrique à une forme plus conique, stade auquel elles ralentissent leur multiplication. Chez la souris, cette phase de ralentissement survient en quelques heures, laissant peu de temps à la multiplication. Dans les organoïdes de gorilles et de chimpanzés, cette phase survient au bout de cinq jours, at au bout de sept jours pour les organoïdes cérébraux humains. Ce sont ces deux jours supplémentaires qui ont permis aux organoïdes humains de grossir plus que leurs homologues de gorille et de chimpanzé.

Pour connaître les gènes à l'origine de ce processus, les chercheurs ont comparé les gènes activés dans chacun des organoïdes. Le gène ZEB2 est alors apparu comme un candidat intéressant : ce gène ralentit la production et est activé bien plus tôt chez le gorille et le chimpanzé que chez l'humain. En activant artificiellement ce gène dans l’organoïde humain, les chercheurs se sont rendus compte que les progéniteurs neuronaux arrêtaient plus tôt leur multiplication. En le supprimant au contraire dans les organoïdes cérebraux de gorilles et de chimpanzés, ils ont obtenu une multiplication des cellules à la hauteur de l’organoïde humain normal.

ZEB2 pourrait donc enfin expliquer pourquoi les humains ont un cerveau hypertrophié par rapport aux autres primates. Et peut-être aussi enfin expliquer le secret de la planète des singes…

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Le faucon pèlerin est connu pour être l'animal le plus rapide de la planète, mais il est aussi connu pour être l’oiseau qui se déplace sur les plus grandes distances. Les faucons pèlerins vivent sur tous les continents, à l'exception de l'Antarctique, et s'installent partout, de la Papouasie-Nouvelle-Guinée au désert du Sud-Ouest en passant par les gratte-ciel de Chicago.

Certaines de ces populations se reproduisent dans la toundra arctique, et les faucons pèlerins volent sur des milliers de kilomètres et à travers plusieurs continents pour nicher sur des falaises le long des rivières arctiques. Pendant longtemps, on a pensé que cette capacité de voyager sur d’aussi grandes distances étaient liée à des caractéristiques physiques, comme la capacité à détecter les champs magnétiques. Mais une étude parue cette semaine dans la revue Nature montre qu’il n’en est rien.

Pendant plus d’un an, une équipe internationale (Chine, Russie, Allemagne, Grande-Bretagne) a suivi par satellite les voyages de 56 faucons pèlerins portant des balises Argos. Les chercheurs ont examiné en détail les distances de vol et les directions de ces rapaces qui voyagent seuls. Ils ont découvert que ces oiseaux utilisent cinq routes migratoires distinctes : une de l'Europe à l'Arctique européen, une de l'Afrique du Nord et de la Méditerranée à la Russie centrale, une du sous-continent indien à la Sibérie, et deux de l'Asie de l'Est au nord-est de la Russie. Les distances parcourues variaient entre 2280 et 11000 km sur une période 14 à 46 jours avec une distance parcourue quotidienne de 49 à 420 km. Les oiseaux qui ont survolé l'Asie de l'Est, y compris plusieurs individus qui ont atteint l'Indonésie, ont effectué les voyages les plus longs.

Les chercheurs ont ensuite séquencé les génomes de 35 de ces oiseaux pour rechercher des polymorphismes génétiques (SNP). Ils ont découvert un SNP particulier dans le gène ADCY8 qui était plus présent chez les migrateurs longue distance que leurs congénères. Le gène ADCY8 code une adénylate cyclase (AC8) qui synthétise de l’AMP cyclique (AMPc) en réponse à une augmentation de calcium. Or ADCY8 est connu pour être impliqué dans la mémoire à long terme chez d’autres espèces animales. Son activité est couplée à l’influx de calcium qui intervient au cours de l’activité neuronale, et l’augmentation de la concentration en AMPc ainsi produite active la cascade AMPc-PKA-ERK1/2-CREB bien connue pour activer de nombreuses fonctions cérébrales, telles que l'apprentissage et la mémoire.

L’étude internationale révèle que le SNP découvert sur le gène ADCY8 chez les faucons pèlerins migrateurs longue distance favorise sa liaison au facteur de transcription CREB1, augmentant ainsi l’expression de la protéine AC8. Cette montre donc que les différences d’aptitudes migratoires des faucons pèlerins résident dans leur génétique et leurs capacités mnésiques et non pas dans dans des caractéristiques physiques.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Les organoïdes cérébraux, aussi appelé minicerveaux ou cerveaux miniatures, sont composés de cellules mimant la structure et les fonctions principales du cerveau. Ils sont créés en laboratoire à partir de cellules souches pluripotentes (embryonnaires ou induites) qui s'organise de manière autonome dans un milieu nutritif. Les cellules souches s'organisent en sphères, formant des "corps embryoïdes" qui sont ensuite cultivés dans un matrigel servant de support à la croissance cellulaire. Un milieu de culture favorisant la différenciation neurale des cellules souches est alors ajouté. Après environ 2 mois de culture, les organoïdes cérébraux atteignent leur taille maximale (jusqu’à 4 mm de diamètre). Ils sont alors composés de tissus hétérogènes complexes, similaires au cortex cérébral, au plexus choroïde et parfois à la rétine ou aux méninges. Il est intéressant de noter que leur taille maximale est limitée par l'absence de système vasculaire.

Si les organoïdes cérébraux constituent un modèle intéressant pour l’étude de certains troubles du cerveau, une limitation importante de ce modèle est le fait que le niveau de maturation des organoïdes est figé à un stade embryonnaire, ce qui limite son application. Dans un article paru dans Nature Neuroscience, des chercheurs de l’UCLA et de Stanford ont mis au point un protocole de différenciation pour évaluer de manière exhaustive la maturation in vitro. Ils ont réussi à garder en culture ces organoïdes pendant 20 mois, ce qui en soi est déjà une prouesse technique. Ils ont ainsi pu observer des parallèles saisissants entre le neurodéveloppement in vitro et in vivo au niveau épigénétique et transcriptomique, ainsi que l’apparition des modifications physiologiques correspondantes, telle que des changements dans la signalisation des récepteurs NMDA qui se produisent au stade postnatal. Ils montrent que le programme génétique arrive à maturation au bout de 250 à 300 jours de culture, ce qui correspond à une période équivalente à la durée de la grossesse…

Les chercheurs montrent également que les gènes associés à des troubles neurodéveloppementaux et neurodégénératifs s'inscrivent dans des trajectoires de développement distinctes. Ces trajectoires comprennent celles qui atteignent un pic avant 100 jours et après 250 jours, comme la modification des histones dans les cellules progénitrices ; celles qui atteignent un pic entre 100 et 150 jours, qui représentent la structure et la fonction synaptiques dans des types de cellules neuronales ; et celles qui ont des trajectoires d'expression tardives, qui sont liées à la biologie des astrocytes. Cette séquence temporelle devra donc être prise en compte dans l'établissement de modèles in vitro pour l’étude de maladies neurologiques.

En conclusion, cette étude est la première à montrer que des organoïdes cérébraux in vitro possèdent une espèce d’horloge interne qui serait similaire à celle de l’embryon. Reste maintenant à trouver un moyen d’accélérer cette horloge, car 9 mois c’est long…

Voir aussi l’édito dans Science Magazine et écouter l’émission La Méthode Scientifique sur France Culture du 26 février 2021.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Sans poils et aveugles, les rats-taupes nus (Heterocephalus glaber) forment l'un des groupes les plus coopératifs du règne animal, vivant en colonies multigénérationnelles sous le contrôle d'une seule reine reproductrice. Pourtant, on sait peu de choses sur la façon dont les individus de ces colonies gèrent les nombreuses interactions qui doivent se produire dans un groupe coopératif aussi complexe.

Dans un article paru dans Science, des chercheurs allemands ont analysé 36.000 enregistrements de couinements, d’une centaine d’animaux, de sept colonies différentes. Ils montrent que le gazouillis du rat-taupe nu le plus courant, le "soft chirp", est utilisé pour transmettre des informations sur l'appartenance à un groupe, créant ainsi des dialectes distinctifs de la colonie.

Des enregistrements puis stimulation audio montrent que les individus réagissent préférentiellement aux dialectes de leur colonie d'origine. Les nouveau-nés élevés dans des colonies étrangères au début de leur vie postnatale apprennent le dialecte vocal de leur colonie d'adoption, ce qui suggère une transmission verticale plutôt que génétique et une flexibilité des signatures vocales. La cohérence du dialecte vocal est en partie contrôlée par la reine: elle diminue avec la perte de la reine et ne réapparaît qu'avec l'ascension d'une nouvelle reine.

Ainsi, chaque colonie de rats-taupes nus possède son gazouillis spécifique, comme les accents ou les dialectes humains.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Le vieillissement cérébral est en partie lié à de fortes réponses inflammatoires. Depuis longtemps on pense que réduire cette inflammation cérébrale pourrait retarder le déclin cognitif dû à l’âge. Mais quelles sont les cellules du système immunitaire qui déclenchent cette surmultiplication inflammatoire ? Des biologiste américains viennent de faire une avancée. Ils ont découvert que le dérèglement des cellules myéloïdes serait responsable de cette inflammation. Les chercheurs ont d’abord comparé les cellules de souris ou de personnes âgées avec des plus jeunes et ils ont constaté que les plus âgées produisent en plus grande quantité une hormone, la PGE2 (prostaglandine E2), qui peut favoriser l’inflammation et qui se lie au récepteur EP2 des cellules myéloïdes. Les chercheurs ont traité des souris pour bloquer cette liaison PGE2-EP2 ce qui a permis de stopper l’inflammation et de rajeunir la bioénergie cellulaire. Nous sommes encore très loin d’une application clinique mais cette étude suggère que le vieillissement cognitif n’est peut-être pas une condition irrévocable.

Le vieillissement est caractérisé par le développement de réponses pro-inflammatoires persistantes qui contribuent notamment à l'athérosclérose, au syndrome métabolique, au cancer et à un état de fragilité. Le cerveau vieillissant est également vulnérable à l'inflammation, comme le démontre la forte prévalence du déclin cognitif lié à l'âge et de la maladie d'Alzheimer. Au niveau systémique, les facteurs pro-inflammatoires circulants peuvent favoriser le déclin cognitif, et dans le cerveau, la microglie perd la capacité d'éliminer les protéines mal repliées qui sont associées à la neurodégénérescence. Cependant, les mécanismes sous-jacents qui déclenchent et entretiennent une inflammation inadaptée avec le vieillissement ne sont pas bien définis.

Dans un article paru dans Nature, des chercheurs américains ont comparé les cellules de souris ou de personnes âgées avec des plus jeunes et ils ont constaté que les plus âgées produisent en plus grande quantité le messager lipidique prostaglandine E2 (PGE2), un modulateur majeur de l'inflammation. Dans les macrophages vieillissants et la microglie, la signalisation PGE2 via son récepteur EP2 favorise la séquestration du glucose en glycogène, réduisant le flux de glucose et la respiration mitochondriale. Cet état de déficit énergétique, qui entraîne des réponses pro-inflammatoires inadaptées, est encore accru par une dépendance des cellules myéloïdes âgées au glucose comme principale source de carburant. Chez les souris âgées, l'inhibition de la signalisation PGE2 myéloïde, à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques du récepteur EP2 ou par inactivation de gène, « rajeunit » la bioénergétique cellulaire, les états inflammatoires systémiques et cérébraux, la plasticité synaptique de l'hippocampe et la mémoire spatiale. De plus, le blocage de la signalisation myéloïde périphérique EP2 est suffisant pour restaurer la cognition chez les souris âgées.

Même si on est encore très loin d’une application clinique, cette étude suggère que le vieillissement cognitif n'est pas une condition statique ou irrévocable, mais peut être inversé en reprogrammant le métabolisme du glucose myéloïde pour restaurer les fonctions immunitaires de la jeunesse.

Légende Figure : Images de microscopie électronique à transmission montrant des anomalies de la morphologie, du nombre et de la densité des mitochondries dans les macrophages péritonéaux de souris Cd11bCre âgées qui sont absentes chez les souris âgées Cd11bCre;EP2lox/lox.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Les altérations de l’ADN mitochondrial (ADNmt) sont observées au cours de vieillissement ou dans des contextes pathologiques tels que le cancer, la neurodégénerescence ou les erreurs innées de métabolisme. Dans une étude publiée dans Nature, une équipe allemande décrit une nouvelle classe d’inhibiteurs de la transcription mitochondriale (IMT) qui ciblent l’ARN polymérase mitochondriale (POLRMT), essentielle pour la biogénèse de la phosphorylation oxydative mitochondriale (système OXPHOS).

Lors de précédentes études, cette équipe avait montré que les cellules à prolifération rapide étaient très sensibles à l’inhibition de l’expression de l’ADNmt, contrairement aux tissus différenciés comme le muscle squelettique pouvant tolérer ces conditions à plus long terme. Les IMT découverts dans cette étude, ont été identifiés par criblage à haut débit de modulateurs de la transcription (composé IMT1), puis optimisés pour des approches in vivo (composé IMT1B). Les approches biochimiques révèlent que ces 2 composés se comportent comme des inhibiteurs non compétitifs de la POLRMT, induisant son changement conformationnel, et bloquant ainsi sa liaison au substrat (ADN-ARN) et donc la transcription de l’ADNmt, et ce de façon concentration-dépendante. Il en résulte une diminution de la respiration mitochondriale dans les cellules (HeLa, A2780) traitées avec les IMT.

Les cellules cancéreuses, hautement prolifératives nécessitent un métabolisme mitochondrial et un système OXPHOS efficaces. Les chercheurs ont donc testé les effets des IMT sur 89 lignées de cellules cancéreuses ainsi que sur des cellules primaires (fibroblastes de poumon et cellules mononucléaires périphériques sanguines humaines). Ils montrent que les IMT réduisent drastiquement la viabilité cellulaire dans 1/3 des lignées testées, sans effet toxique sur les cellules primaires. De plus, bien que les niveaux de ROS et de clivage de la PARP, ainsi que les voies pro-apoptotiques, de stress ou de dégradation soient inchangés, les chercheurs reportent des niveaux de phosphorylation de l’AMPK et un ratio AMP/ATP et considérablement augmentés, indicateur d’une « crise énergétique cellulaire ». Ces observations ont été confirmées in vivo. En effet, des souris ayant reçu une xénogreffe de cellules tumorales humaines et traitées par administration per os d’IMT pendant 4 semaines présentent une taille de tumeur diminuée par rapport au groupe de souris contrôles non traitées. Au niveau moléculaire, le traitement de ces souris avec IMT réduit les niveaux de transcrits d’ADNmt et les niveaux protéiques des sous-unités de la chaîne respiratoire dans les tumeurs, mais beaucoup moins dans les tissus différenciés (cœur…).

En conclusion, ces résultats soulignent l’importance de l’expression de l’ADNmt pour la biogénèse du système OXPHOS dans les cellules proliférant rapidement et expliquent pourquoi l’inhibition de l’expression de l’ADNmt présente des effets anti-tumoraux considérables sans affecter les tissus sains. Cette nouvelle classe d’inhibiteurs sélectifs de POLRMT représente un outil précieux pour l’étude de l’expression de l’ADNmt en physiologie et pathologie.

Article choisi par Delphine Mika (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : delphine.mika@universite-paris-saclay.fr

Une étude américaine parue dans Nature Communications décrit une architecture cellulaire surprenante et inattendue cachée dans des cellules végétales. Les chercheurs de la Rice University (Houston) se sont intéressés au peroxysome, un organite impliqué dans la métabolisation des acides gras et des acides aminés, la réduction de dérivés réactifs de l'oxygène et la synthèse des plasmalogènes.

On pensait jusque là que le peroxysome était limité par une simple membrane. La structure de cet organite est en réalité beaucoup plus complexe. Les chercheurs ont étudié les peroxysomes d'une plante (Arabidopsis thaliana) car leur taille est particulièrement grande dans ces plantes (1 à 2 µm). A l’aide de protéines fluorescentes, ils ont marqué la membrane et la lumière des peroxysomes et ont ainsi pu révéler en microscopie confocale la présence d’abondantes vésicules dans leur lumière.

Ils apportent quelques éléments sur les mécanismes moléculaires responsables de la formation de ces vésicules et leur rôle dans la compartimentation des protéines et la mobilisation des lipides.

Reste à savoir si les vésicules de peroxysome existent également dans les cellules animales et humaines.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Ce coup de cœur touche directement au cœur. Une étude parue en octobre 2020 dans Cell, menée par une équipe de Madrid, en collaboration avec des équipes de différents pays, met en lumière l’existence d’une fonction particulière de macrophages résidents au sein du tissu cardiaque qui semblent jouer un rôle crucial dans l’élimination de mitochondries dysfonctionnelles issues des cardiomyocytes. Les cardiomyocytes sont en effet parmi les cellules les plus riches en mitochondries de l’organisme ; en accord avec leurs énormes besoins énergétiques pour le maintien d’une fonction contractile opérant 24 heures sur 24 tout au long de la vie. Ce sont des cellules essentiellement post-mitotiques au taux de renouvellement extrêmement lent puisque moins de 50% des cardiomyocytes sont renouvelés au cours d’une vie humaine (Bergmann et. al., Science 2009) alors que ces cellules sont par ailleurs soumises à un stress mécanique intense et sont exposées à des taux d’espèces réactives de l’oxygène élevés en rapport avec l’intensité de leur métabolisme oxydatif. Comment les cardiomyocytes parviennent à maintenir leur homéostasie cellulaire dans ces conditions extrêmes reste encore maintenant un mystère.

L’étude publiée dans Cell identifie, via des approches de marquage génétique fluorescent, des macrophages dans les cœurs de souris. Des analyses par microscopie confocale à feuille de lumière montrent un dense réseau de macrophages cardiaques (cMacs) étroitement interconnectés aux cardiomyocytes. Ces derniers sont en effet en contact avec en moyenne 5 cMacs et chaque cMac, via des prolongements cellulaires, avec en moyenne 5 cardiomyocytes.

Un rôle pour ces macrophages cardiaques avait déjà été proposé dans la facilitation du signal électrique de l’oreillette vers les ventricules en collaboration avec les cardiomyocytes (Hulsmans et al., Cell 2017). Le rôle décrit dans l’étude madrilène est plus en accord avec la fonction connue des macrophages dans la phagocytose des corps nécrotiques et apoptotiques issus des cellules mortes dans les différents organes de l’organisme ; mais l’originalité de la découverte de cette étude repose ici sur la démonstration que ces cMacs sont spécialisés dans la phagocytose d’exosphères relarguées par les cardiomyocytes et peu ou pas par exemple par les cellules endothéliales également présentes en grand nombre dans le myocarde. Ces exosphères dérivées des cardiomyocytes se révèlent particulièrement enrichies en mitochondries. Cette étude révèle aussi la présence dans les cardiomyocytes d’un gradient de qualité décroissante des mitochondries du centre vers la périphérie qui suggère qu’il existe un système d’expulsion des mitochondries dysfonctionnelles dans ces cellules contractiles, dont les détails mécanistiques restent néanmoins encore inconnus.

De manière importante, l’étude montre que la délétion des macrophages par des voies génétiques chez la souris (surexpression inductible et transitoire du récepteur à la toxine diphtérique dans le locus CD169 exprimé seulement dans les macrophages) affecte la fonction cardiaque à l’état basal. De plus, ce déficit est partiellement réversible lorsque de nouveaux macrophages repeuplent le myocarde. Cette déplétion exacerbe également la sensibilité du cœur à un stress de type surcharge en isoprénaline (agoniste beta-adrénergique) ou infarctus du myocarde. L’étude montre que cette déplétion des macrophages tend à bloquer l’expulsion des cardiosphères par les cardiomyocytes qui se mettent à accumuler des mitochondries dysfonctionnelles et perdent en capacité contractile. Cette déplétion génétique des macrophages n’est toutefois pas ciblée sur le cœur et même si l’étude montre que les macrophages résidents du foie ne semblent pas avoir la même fonction d’élimination des mitochondries, il sera intéressant de rechercher si cette fonction est présente dans d’autres tissus riches en mitochondries comme les muscles squelettiques.

Cette étude introduit en tout cas un concept nouveau pour le domaine dans lequel des cellules issues du système immunitaire jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme mitochondrial des cardiomyocytes ; une fonction dont on sait depuis de nombreuses années qu’elle est particulièrement perturbée dans les pathologies cardiaques d’étiologies diverses et qui est la cible de recherches thérapeutiques intenses ces dernières années.

Légende Figure : Reconstruction 3D d’un cardiomyocyte (cellule en rouge) entouré de macrophages (vert). Les cardiomyocytes expulsent via des mécanismes autophagiques les mitochondries dysfonctionnelles au sein d’exosphères qui sont phagocytées par les macrophages résidents du myocarde limitant ainsi les processus inflammatoires qui résulteraient d’une expulsion de débris mitochondriaux nus dans l’espace extracellulaire

Article choisi par Mathias Mericskay (UMR-S 1180 CARPAT, INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : mathias.mericskay@inserm.fr

Un étude parue dans Nature Medicine par une équipe allemande de Heidelberg montre comment le parasite responsable du paludisme parvient à rester à des niveaux bas pendant des mois avant de “se réveiller” à la saison des pluies.

Plasmodium falciparum, l’un des parasites qui provoquent le paludisme chez l’être humain, serait en mesure de modifier l’expression de ses gènes de manière à survivre dans le sang sans y être détecté par l’organisme pendant des mois, à la saison sèche, quand les moustiques qui le transmettent se font rares. C’est ce que suggère une équipe allemande de Heidelberg dont les travaux sont publiés dans Nature Medicine.

Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont suivi 600 personnes au Mali pendant deux ans. Durant les saisons humides de 2017 et 2018, ils ont enregistré respectivement 386 et 347 cas de paludisme avec fièvre parmi ces volontaires, mais seulement 12 cas durant la saison sèche 2017 et 18 l’année d’après. “Pendant la saison sèche, [le parasite] reste à des niveaux si bas qu’il est rare qu’il provoque des symptômes de la maladie ou suscite une réponse de la part du système immunitaire de la personne [infectée]”, décrypte le New Scientist.

Pour comprendre comment Plasmodium falciparum se débrouille pour rester indétecté pendant des mois, les chercheurs ont analysé plusieurs échantillons de ce parasite prélevés chez des porteurs durant les deux saisons. Ils ont constaté que durant la saison des pluies, Plasmodium falciparum fabrique une molécule qui rend les globules rouges plus susceptibles de coller aux vaisseaux sanguins. “Cela rend les cellules contenant le parasite moins susceptibles de se déplacer vers la rate, qui fonctionne comme un filtre sanguin dans lequel les globules rouges endommagés ou malades sont éliminés”, détaille l’hebdomadaire scientifique. En revanche, même s’il continue à se répliquer dans les cellules, le parasite ne produit plus cette molécule en saison sèche, quand il n’y a plus de moustique pour l’aider à se propager. Ainsi, la plupart des cellules infectées voyagent jusqu’à la rate où elles sont éliminées. Mais toutes les cellules infectées n’y vont pas, de sorte que la population de parasites est maintenue dans le corps à un niveau si bas qu’il ne déclenche pas de réponse immunitaire. Le parasite continue ainsi à se répliquer tranquillement pour survivre en attendant que les moustiques reviennent avec la saison des pluies et le propagent d’hôte en hôte. Ce qui contribue certainement à rendre la maladie si difficile à éradiquer.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Dans une étude parue dans la revue Neuron des chercheurs britanniques et américains ont suivi en temps réel l’activité de la dopamine et de la sérotonine dans le cerveau chez des patients éveillés alors qu’ils étaient en train d’effectuer une tâche perceptuelle de prise de décision.

Les patients voyaient quelque chose sur un écran et devaient déterminer ce qu’ils venaient de voir. L’expérience a été réalisée directement dans un bloc opératoire. Les chercheurs ont utilisé des électrodes qui leur ont permis de mesurer le signal électrique des neurones en intracérébral directement dans les neurones. En fonction du changement du signal électrique mesuré, et à l’aide d’outils mathématiques de simulation, les chercheurs ont pu identifier le messager chimique libéré à tel ou tel moment de la tache, leur permettant ainsi de savoir si c’était de la dopamine ou de la sérotonine (ou les deux en même temps) qui était libérée. Cet article montre l’implication de ces deux neurotransmetteurs dans la perception sensorielle. Une libération de ces deux médiateurs apparait très tôt dans la tache qu’on demande à ces patients de faire lorsqu’il y a une notion de perception sensorielle.

Les chercheurs ont trouvé que la dopamine et la sérotonine jouaient des rôles opposés lors d'une action : la soumission d'un choix est précédée d'une augmentation transitoire de dopamine, compatible avec une action stimulante de la dopamine, et d'une diminution transitoire de la sérotonine, qui indiquerait que la sérotonine est impliquée dans l’incertitude de perception.

Cette étude met en avant le fait que on peut avoir des libérations de dopamine ou de sérotonine qui encodent une information qui n’est pas en lien avec la motivation ou la récompense, traditionnellement admises pour ces deux neurotransmetteurs, mais en lien avec les informations sensorielles que l’on reçoit.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Pourquoi les symptômes de la Covid-19 sont moins sévères chez les plus jeunes ? Certes, il y a les comorbidités plus fréquentes liées à l’âge, mais pas que. Dans un article paru dans Science Translational Medicine, une équipe américaine a étudié la réponse immunitaire de 65 cas pédiatriques et jeunes de moins de 24 ans, et de 60 cas "adultes" âgés de plus de 24 ans. Les patients jeunes avaient une durée de séjour plus courte, une diminution des besoins en ventilation mécanique et une mortalité plus faible que les adultes. Les chercheurs ont découvert que les plus jeunes expriment des niveaux plus élevés de deux cytokines spécifiques du système immunitaire inné : l’interleukine 17A (IL-17A) et l’interféron gamma (IFN-γ). L’IL-17A aide à mobiliser la réponse du système immunitaire au cours de l’infection tandis que l’IFN-γ combat la réplication virale. L’étude montre que plus les patients sont jeunes plus le niveau de ces deux cytokines est élevé. Les patients adultes ont développé une réponse beaucoup plus vigoureuse du système immunitaire adaptatif avec de forts taux d’anticorps neutralisants et une réponse des lymphocytes T plus robuste à la protéine Spike du virus par rapport aux patients pédiatriques, comme en témoigne une augmentation de l'expression des lymphocytes CD25+ et CD4 +.

Selon les auteurs, ce n'est donc pas une diminution de la réponse immune adaptative chez les moins jeunes qui serait responsable d'une réponse plus forte à l'infection, mais plutôt une diminution de la réponse immunitaire innée, laquelle est plus robuste et plus précoce chez les enfants et les plus jeunes ce qui les empêche de progresser vers des symptômes plus graves.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Jusqu’à présent nous n’avions aucune idée de l’évolution du microbiome humain au fil du temps. Dans un article paru dans Nature, une équipe internationale de microbiologistes a réalisé un assemblage de novo à grande échelle de génomes microbiens provenant de paléofèces. À partir de huit échantillons de paléofèces humains authentifiés (âgés de 1 000 à 2 000 ans) dont l'ADN est bien conservé et qui proviennent du sud-ouest des États-Unis et du Mexique, les chercheurs ont reconstruit 498 génomes microbiens. Parmi les 181 génomes présentant les preuves les plus fortes d'être anciens et d'origine intestinale humaine, 39% représentent des groupes de génomes non décrits auparavant. Lorsqu’ils sont comparés à 789 échantillons de microbiomes intestinaux humains actuels provenant de huit pays, les échantillons de paléofèces sont plus similaires aux microbiomes intestinaux humains non-industrialisés qu'industrialisés.

Les analyses des échantillons de paléofèces montrent qu’il y avait une plus grande diversité de microorganismes qui tapissaient l’intestin humain et notamment une abondance nettement plus faible de gènes de résistance aux antibiotiques et de gènes de dégradation de la mucine, ainsi qu'un enrichissement en éléments génétiques mobiles par rapport aux microbiomes intestinaux industriels. Les microbiomes intestinaux humains non industriels actuels (en provenance de Fidji, Pérou, Madagascar, Tanzanie ou la communauté Mazahua au Mexique) ressemblent davantage aux paléofèces, tandis que le microbiome intestinal industriel (en provenance des USA, Danemark, Espagne) a divergé du microbiome intestinal ancien.

Selon les chercheurs, cette perte de diversité microbienne intestinale, souvent associée à des maladies chroniques, serait liée au régime alimentaire et à l’agriculture industrialisée. Les chercheurs espèrent utiliser ces génomes pour tenter de ressusciter les espèces éteintes et de les cultiver en laboratoire.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Depuis une dizaine d’années, le paradigme selon lequel les RCPG activent les protéines G exclusivement depuis la membrane plasmique a largement évolué. De plus en plus de travaux indiquent en effet que ceci peut également avoir lieu depuis des compartiments intracellulaires, comme les endosomes ou le Golgi (Plouffe et al., 2020). Dans un travail antérieur, le groupe de Mark Von Zastrow à l’UCSF (San Francisco, USA) a montré que la régulation de l’expression génique par les récepteurs β2-adrénergiques met en jeu une production d’AMPc par ces récepteurs depuis les endosomes (Tsvetanova et al., 2014).

Dans leur dernier article paru dans Nature Chemical Biology, Mark Von Zastrow et ses collègues se demandent comment l’AMPc produit au niveau des endosomes active la protéine kinase AMPc-dépendante (PKA) dans le noyau pour réguler l’expression génique. En effet, les gradients d’AMPc se dissipent sur une échelle nanométrique, alors que les endosomes sont localisés à quelques microns du noyau. En utilisant notamment une méthode de complémentation de protéines fluorescentes (Feng et al., 2017) pour visualiser la faible proportion (estimée à 1-2%) de sous-unités catalytiques de la PKA entrant dans le noyau, et en analysant les cinétiques de récupération de fluorescence après photoblanchiment, les auteurs montrent l’importance d'accumulations ponctuelles d'holoenzyme PKA densément distribuées dans le cytoplasme et titrées par l'AMPc global dans un état métastable, dans lequel les sous-unités catalytiques sont liées mais s’échangent dynamiquement. Les endosomes mobiles contenant des récepteurs activés entrent en collision avec ces agrégats de PKA métastable qui se comportent collectivement à la manière d’un semi-conducteur, convertissant gradients d'AMPc à l'échelle nanométrique générés à partir des endosomes en élévations des sous-unités catalytiques libres sur de longues distances.

Reste à savoir maintenant si ce phénomène, mis en évidence pour le récepteur β2-adrénergique dans la lignée cellulaire HEK293, est généralisable à des cellules différenciées en culture primaire et pour d’autres types de RCPG.

Article choisi par Grégoire Vandecasteele (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : gregoire.vandecasteele@universite-paris-saclay.fr 

Dans une étude publiée dans la revue Cell Stem Cell, des chercheurs neerlandais ont utilisé la technologie des organoïdes pour fabriquer des glandes lacrymales humaines miniatures capables de pleurer des larmes. Après avoir obtenu le mélange idéal de facteurs de croissance permettant de différencier des cellules souches humaines en cellules lacrimales, les chercheurs les ont mises en culture 3D et ont réussi ainsi à obtenir des organoïdes. Ces organoïdes se comportent comme de véritables glandes lacrymales que les chercheurs ont réussi à faire pleurer en leur appliquant de la noradrénaline. C’est sous l’influence de cette hormone produite par notre cerveau que nous pleurons lors d’une émotion. En 30 min, les organoïdes se sont gonflés et se sont remplis de larmes, de vraies larmes humaines avec la présence de lipocaline 2, une protéine caractéristique du liquide lacrimal. La taille des organoïdes peut donc être utilisée comme indicateur de la production et de la sécrétion de larmes. Des tests sur des souris ont aussi montré que ces organoïdes pouvaient être transplantés, ce qui ouvre la voie à des applications thérapeutiques.

La glande lacrymale est composée de plusieurs types de cellules, mais les organoïdes n'en contiennent qu'un seul : la cellule canalaire. Dans leur article, les chercheurs présentent un atlas des cellules de la glande lacrymale. Ils ont généré cet atlas en utilisant le séquençage de cellule unique. Grâce à cet atlas, les chercheurs ont également pu identifier de nouveaux produits lacrymaux, qui aident à protéger l'œil contre les infections. Certains de ces composants sont spécifiquement produits par les cellules canalaires.

Le développement des organoïdes de glande lacrymale est prometteur pour traiter les patients souffrant de troubles des glandes lacrymales. Les scientifiques peuvent maintenant utiliser ce modèle pour identifier de nouveaux médicaments pour les patients qui ne produisent pas suffisamment de larmes. De plus, les organoïdes peuvent être utilisés pour étudier comment les cancers de la glande lacrymale se forment et peuvent être traités.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Les macrophages GATA6+ fonctionnent comme des plaquettes extravasculaires dans des lésions stériles

La plupart des organismes multicellulaires comportent une ou plusieurs cavités (e.g. cavité péritonéale) où résident des cellules immunitaires, généralement des macrophages chez les mammifères. Ces macrophages identifiés par leur expression du facteur de transcription à doigt de zinc GATA6 (GATA6+) sont connus pour jouer un rôle dans la phagocytose et l’élimination des pathogènes.

Dans un article paru dans Science, des chercheurs de l’Université de Calgary au Canada ont pu visualiser la migration de ces macrophages au sein de la cavité péritonéale afin d’aller réparer des blessures tissulaires en formant des agrégats à la manière dont les plaquettes sanguines sont capables d’aller réparer une blessure vasculaire en formant un caillot plaquettaire.

A l’aide de techniques d’imagerie sophistiquées faisant appel à la microscopie intra-vitale multi-photons, l’équipe du Pr. Kubes a ainsi pu induire une blessure au laser sur la paroi péritonéale de souris. Ils ont alors constaté que les macrophages GATA6+ étaient très rapidement recrutés à l’endroit de la blessure par un processus en deux étapes : 1) une adhésion initiale des macrophages à l’endroit de la blessure et 2) une agrégation des macrophages entre eux dans une structure similaire à un thrombus plaquettaire. De manière assez impressionnante, la cinétique de cette agrégation des macrophages s’est révélée aussi rapide que celle des plaquettes.

A la recherche du mécanisme impliqué, les auteurs se sont d’abord focalisés sur l’implication de molécules « classiques » d’adhésion telles que les intégrines, les sélectines, ou des protéines de la famille des immunoglobulines en utilisant de nombreuses souris knockout ou grâce à des anticorps inhibiteurs. Aucune de ces molécules candidates ne s’est révélée être impliquée. Finalement les auteurs ont pu identifier l’implication de récepteurs de type scavenger contenant des domaines riches en cystéines, dont certains homologues ont été précédemment identifiés comme molécules d’adhésion chez des organismes primitifs. Ces récepteurs permettent l’agrégation des macrophages entre eux grâce à leur liaison à un ligand polyanionique qui reste à identifier.

Au-delà de ce rôle plutôt bénéfique des macrophages dans la réparation tissulaire « physiologique », les auteurs ont aussi mis en évidence que ce mécanisme peut au contraire s’avérer préjudiciable en cas de blessure iatrogène causée par une chirurgie abdominale, conduisant à la formation de tissu cicatriciel. Dans ces situations, l’inhibition de cette agrégation des macrophages s’avère alors bénéfique.

En conclusion, les auteurs ont mis en évidence un nouveau point commun entre le système immunitaire et le système hémostatique, un reliquat de l’évolution puisque ces deux systèmes n’en formaient qu’un dans les organismes primitifs. Chez la limule par exemple, une version primitive de la cascade de coagulation aboutit à la formation d’un réseau de type fibrine qui a deux objectifs : empêcher la perte de l’hémolymphe (ancêtre de notre sang) et empêcher l’infiltration de pathogènes.

Article choisi par Cécile Denis (UMRS 1176, HITh) : cecile.denis@inserm.fr

Les récepteurs de la membrane plasmique sont les principaux mécanismes par lesquels les cellules répondent aux divers stimuli extracellulaires, permettant aux cellules de s'adapter à leur environnement et de moduler la fonction des tissus et des organes en réaction aux changements neuro-hormonaux. Les hormones non stéroïdiennes signalent principalement par le biais de récepteurs au niveau de la membrane plasmique pour réguler la fonction cellulaire. C’est le cas de la régulation sympathique de la fonction cardiaque qui agit par l'intermédiaire des récepteurs adrénergiques sur la membrane plasmique des cardiomyocytes. Toutefois, plusieurs études récentes ont montré que des neurotransmetteurs, des hormones peptidiques et des facteurs de croissance agissent également sur des récepteurs situés sur des membranes intracellulaires. D’autres études montrent que des RCPG intracellulaires (récepteurs couplés aux protéines G) sont situés dans différents organites intracellulaires, par exemple les mitochondries, les membranes du réticulum endoplasmique et le Golgi (voir notre précédente info ICI), et peuvent être activés à l'intérieur des cellules et induire des effets locaux.

Dans un article paru dans Circulation Research, une équipe américaine a mis en évidence la présence d’un pool de récepteurs β1-adrénergiques (β1-AR) intracellulaires localisés au niveau de la pompe sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) du réticulum sarcoplasmique (RS) dans des cardiomyocytes de souris. Les chercheurs ont montré l’accès des catécholamines à ces récepteurs β1-AR intracellulaires nécessitait le transporteur de cations organiques OCT3. En mesurant la fonction contractile, les variations de concentration calcique et la phosphorylation de substrats de la PKA (comme le phospholamban), ils ont montré que l’invalidation du gène OCT3 diminue fortement la réponse à la noradrénaline (NA) des cardiomyocytes, mais ne modifie pas la réponse à l’isoprénaline (ISO). Or ces deux catécholamines diffèrent dans leurs propriétés physico-chimiques : l’ISO passant librement la membrane plasmique, mais pas la NA. De plus, un bloqueur des récepteurs β1-AR imperméable à la membrane, le sotalol, supprime l'activation de la PKA induite par l’ISO au niveau de la membrane plasmique mais pas l'activation de la PKA au niveau du RS, alors qu’il bloque l'activation de la PKA induite par la NA aussi bien au niveau de la membrane plasmique que du RS dans les myocytes OCT3-KO.

Ces travaux proposent donc un nouveau paradigme dans la signalisation induite par les RCPG en montrant qu’il existe un site fonctionnel β1-AR intracellulaire dans les cellules cardiaques qui serait impliqué dans le contrôle de la réponse cardiaque aux catécholamines, comme celui mis en jeu dans la réponse comportementale de type fight or flight. Ils montrent également que son activation requiert le transport des catécholamines par OCT3. Les auteurs éludent toutefois la question de la présence ou non dans ce compartiment intracellulaire des autres éléments de la cascade de signalisation β1-AR, tels que les protéines G ou l’adénylate cyclase.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Une étude parue récemment dans Nature par le laboratoire de David Baker (University de Washington, Seattle, USA) décrit l’utilisation de la modélisation moléculaire à l’aide du logiciel Rosetta, développé par ce laboratoire, pour concevoir des réseaux bi-dimensionnels protéiques. Les auteurs ont choisi de construire ces réseaux à l’aide de deux briques élémentaires, deux protéines de géométrie dihédrique. A partir d’une analyse systématique d’assemblages artificiels de 965 protéines dihédriques présentes dans la base de données des structures de protéines (PDB), les auteurs ont identifié 45 binômes de protéines présentant une certaine complémentarité de surface qu’ils ont optimisées par modélisation et ingénierie. L’expression de ces 45 binômes a permis de mettre en évidence quelques paires dont un binôme appelée sobrement A et B. Après expression dans E. coli, ces protéines forment des réseaux hexagonaux bi-dimensionnels. Ces réseaux ont été observés par microscopie à force atomique (AFM) et par diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) (Figure 1A). Les caractéristiques géométriques de ces réseaux correspondent à ceux prédits par modélisation.

Les auteurs ont alors testé la capacité de leurs protéines artificielles à former des réseaux hexagonaux dans un contexte cellulaire. Ils ont surexprimé une construction contenant un segment transmembranaire, un nanobody anti-GFP en position extracellulaire et une protéine fluorescente en position intracellulaire (mScarlet, rouge). L’ajout de la protéine A-GFP se traduit par une distribution aléatoire sur la cellule après fixation sur le nanobody. De façon remarquable, l’ajout du couple A-GFP plus B, s’accompagne de la formation d’assemblages à la surface de la cellule. Les auteurs présentent alors deux applications de leurs travaux. Ils montrent que la formation de leur réseau peut déclencher une signalisation cellulaire en choisissant convenablement la protéine située en position intracellulaire. Ils montrent également que les assemblages formés à la surface de la cellule présentent une résistance intéressante à l’endocytose par rapport à d’autre système d’adressage.

Légende Figure : (A) Protéines artificielles A and B conçues par modélisation à l’aide du logiciel Rosetta (B) Réseaux hexagonaux formés par les protéines A et B et superposition à ces images des réseaux modélisés (haut A+B, bas A-GFP+B) (C) Ajout des protéines A-GFB et B à une cellule sur-exprimant une construction (nanobody(anti-GFP))-(segment transmembranaire)-(protéine fluorescente rouge). (D) Visualisation par microscopie confocale de l’expérience décrite en (C).

Article choisi par Jean-Baptiste Charbonnier (I2BC UMR CNRS/CEA/UPSaclay, Gif-sur-Yvette) : jb.charbonnier@cea.fr

A côté de la forme classique en double hélice des molécules ADN, il arrive que l’ADN forme une quadruple hélice lorsqu’il contient des séquences riches en guanine. On les appelle alors des G-quadruplex ou G4. Ces structures G4 sont principalement localisées dans des régions promotrices et dans des régions 5'-non traduites (5'-UTR) des gènes, soutenant l'hypothèse que l'ADN G4 est impliqué dans un certain nombre de processus de régulation biologique essentiels. Bien que le rôle de ces structures G4 soient encore méconnu, il est communément admis que la formation de G4 peut être préjudiciable à certains processus biologiques et peut entraîner des dommages à l'ADN. Plusieurs hélicases telles que Pif1, RecQ, RTEL1, FancJ et BLM ont été montrées être impliquées dans le dépliement des structures G4 in vitro et seraient importantes dans le maintien de l'intégrité du génome dans les cellules, mais le lien direct entre leur activité in vitro et l'instabilité du génome associée à leurs mutations demeure inconnu.

Dans une étude parue dans Nature Communications, une équipe londonienne a utilisé une sonde fluorescente (DAOTA-M2) à l’aide de la microscopie d'imagerie en temps de vie de fluorescence (FLIM), pour identifier les structures G4 dans les noyaux de cellules vivantes et fixées. Il propose un test cellulaire basé sur FLIM pour étudier l'interaction de petites molécules non fluorescentes avec les G4 et l'appliquer à un large éventail de candidats médicaments. Ils montrent également que DAOTA-M2 peut être utilisé pour étudier la stabilité de G4 dans les cellules vivantes. La réduction de l'expression de FancJ et RTEL1 dans les cellules de mammifères augmente la durée de vie de DAOTA-M2 et suggère donc un nombre accru de G4 dans ces cellules, ce qui implique que FancJ et RTEL1 jouent un rôle dans la résolution des structures G4 dans la cellule.

Les G4 étant plus fréquents dans les cellules cancéreuses, cette étude pourrait permettre de mieux cibler cet étrange ADN.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Une étude internationale (Afrique du Sud, Suisse, Canada), basée sur une revue pseudo-systématique de la littérature et publiée dans le prestigieux Bristish Medical Journal, avait pour objectif de rechercher toute justification médicale ou de santé publique pour des allégations selon lesquelles « the time to act is now » (en Français : « c’est maintenant le moment d’agir »).

Les chercheurs ont examiné avec attention 512 publications (issues de Pubmed) dans lesquelles la séquence de mots « time is now » apparaissait dans le titre, avec ou sans point d'exclamation, sans restriction de langue ou de date. Ils ont néanmoins délibérément écarté 77 publications dans lesquelles la séquence de mots était accompagnée d’un point d’interrogation, par exemple : is now the time to abolish breast cancer screening in Hong Kong? Is now the time to set standards for quality of care for irritable bowel syndrome? Is now the time to abolish asbestos? Le plus grand nombre d'articles prétendant que c’est maintenant le moment d’agir ont été trouvés en oncologie (72 études), chirurgie (60 études) et pédiatrie (33 études). Les pédiatres étaient presque cinq fois plus susceptibles que les gériatres (7 études) d'affirmer que c’est maintenant le moment d’agir, ce qui reflète peut-être à quel point le passage du temps est critique pour les enfants. Bizarrement, les chercheurs n’ont pas trouvé d'études publiées par des dermatologues ou des ophtalmologistes, soit parce qu’ils étaient trop occupés, soit parce qu'ils n'avaient pas de problèmes urgents sur lesquels il fallait agir maintenant.

Les chercheurs ont aussi noté une certaine hétérogénéité dans le domaine des maladies infectieuses qu’ils n’ont pas su expliquer : onze études ont affirmé que le temps d'agir contre le VIH était maintenant, contre deux pour la tuberculose et aucune pour le paludisme.

De manière générale, les chercheurs n’ont pas pu identifier de relation particulière entre le moment d’agir et la gravité, la morbidité ou même le type de maladie. Les affirmations selon lesquelles le moment d'agir était Noël étaient presque entièrement sans fondement. Un ensemble d’affirmations selon lesquelles c’est le moment d’agir parues au cours du premier trimestre de l’année a suggéré une association possible avec les résolutions du Nouvel An.

Les chercheurs proposent néanmoins une conclusion à leur étude qui, quoique surprenante, rejoint les conclusions d’une étude précédente réalisée par le médecin américain Dr House (AKA Hugh Laurie) qui disait : There is almost no such thing as ready. There is only now. And you may as well do it now. Generally speaking, now is as good a time as any.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Une étude parue dans la revue Nature Communications par une équipe Coréenne décrit un nouveau microscope, capable d’observer le cerveau en profondeur et en toute sécurité.

Les chercheurs ont créé les toutes premières images haute définition de réseaux neuronaux de souris vivantes ! Obtenir un tel niveau de précision sur des tissus cérébraux in vivo, et ce, sans les endommager, c’est une première. Pour l’imagerie cérébrale, il existe la microscopie excitée à trois photons qui transforme les photons diffusés en une image. Quand la lumière - un laser - traverse un objet, certains photons le traversent directement, tandis que d'autres sont déviés et se dispersent. Les os, et en particulier ceux très épais du crâne, diffusent la lumière de manière imprévisible, ce qui rend difficile l’observation du cerveau, surtout lorsqu’on souhaite le faire en profondeur.

Ces chercheurs ont donc inventé une nouvelle technologie d’imagerie : la microscopie matricielle à réflexion laser. Ils ont amélioré la microscopie excitée à trois photons en la combinant avec des techniques liées à ... l’astronomie. Il l’ont associée à la puissance de l’optique adaptative, utilisée dans l’astronomie au sol pour corriger les déformations optiques. C’est après un traitement d’image par algorithme de correction qu’ils ont obtenu ce niveau de définition. Selon les auteurs, cette méthode devrait constituer un outil précieux pour la recherche en neurosciences.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Une étude parue dans le dernier numéro de Nature et menée par une équipe de Harvard rapporte l’utilisation d’un inhibiteur qui induit l’inactivation d’un suppresseur de tumeur BCL6 par un mécanisme original. L’inhibiteur induit la polymérisation de BCL6 et la stimulation de la dégradation de BCL6 après sa modification par une ubiquitine ligase.

BCL6 est un facteur de transcription oncogénique dont la surexpression est associée à de nombreux lymphomes (comme les lymphomes folliculaires et diffus à grandes cellules B). Des peptides et des inhibiteurs ont été développés mais ils ne sont efficaces qu’à haute concentration limitant leur utilisation en clinique. Les auteurs étudient en profondeur dans cet article le mécanisme d’un inhibiteur de BCL6 (BI3902), identifié en 2017, qui induit la dégradation de BCL6. Ils comparent à un autre inhibiteur connu (BI3812) qui se fixe dans le même site de BCL6 que BI3902 mais n’induit pas la dégradation. Les auteurs montrent par une analyse protéomique que seul BCL6 est dégradé suite à l’exposition de cellules à BI3902. Ils observent par microscopie que l’inhibiteur BI3902, et non le second, génère dans des cellules de lymphomes (type DLBCL) des foyers de BCL6 en 10 min qui disparaissent après 30 min suite à la dégradation de BCL6. Ils caractérisent alors le mode d’action de BI3902 sur BCL6 par microscopie électronique à coloration négative et par cryoEM. Ils identifient la formation de filaments hélicoïdaux de BCL6 en présence du BI3902. L’inhibiteur se fixe dans le site classique des inhibiteurs de BCL6. Dans le cas de BI3902, celui-ci utilise la zone accessible de cet inhibiteur qui n’est pas enfoui dans la poche de BCL6 pour interagir avec une autre molécule de BCL6. La structure dimérique de BCL6 entraine la répétition de ces interactions et la formation du filament hélicoïdal. Les auteurs confirment le rôle des contacts identifiés par cryoEM par des analyses cellulaires. Ils identifient enfin par un crible génomique Crispr-Cas9, l’ubiquitine ligase (SIAH1, E3 Ubiquitine ligase)) impliquée dans la dégradation de BCL6 suite à l’action de l’inhibiteur BI3902.

Au-delà du cas précis de BCL6, les auteurs pensent que cette approche devrait pouvoir être étendue à d’autres cibles thérapeutiques. Ils suggèrent notamment de regarder les inhibiteurs qui présentent une zone accessible au solvant qui pourrait être travaillé d’un point de vue diversité chimique. L’induction de polymérisation et de dégradation pourrait être une nouvelle prometteuse. Des approches existent pour coupler des molécules inhibitrices à des molécules dirigeant vers la protéolyse (PROTAC Proteolysis-Targeting Chimera). Dans l’exemple présenté, l’induction de l’oligomérisation montre une efficace supérieure au PROTAC et à l’inhibition directe.

Légende Figure : (A) inhibiteurs de BCL6 qui induisent (BI3802) ou non(BI3812) la polymérisation de BCL6 (B) Classes 2D des filaments du dimère de BCL6 (domaine BTB) Scale bar, 10 nm. (C-D) Modèle par Cryo-EM des filaments de BCL6 avec le BI3802. (E) localisation de eGFP-BCL6 sauvage ou de mutants impliqués dans la polymérisation.

Article choisi par Jean-Baptiste Charbonnier (I2BC UMR CNRS/CEA/UPSaclay, Gif-sur-Yvette) : jb.charbonnier@cea.fr

En utilisant un nouveau type de scanner, des chercheurs de l’Institut néerlandais du cancer ont démontré dans la revue Radiology & Oncology une glande salivaire jusqu’ici inconnue au fond du nasopharynx. Dans un communiqué, ils expliquent en avoir fait la découverte par hasard, alors qu’ils testaient un nouveau scanner TEP/CT PSMA permettant non seulement de visualiser les organes, mais aussi les cellules et les molécules. En utilisant un produit de contraste, ils se sont aperçus qu’en plus de mettre en évidence les glandes salivaires déjà connues, l’imagerie illuminait une nouvelle zone, située tout au fond du nasopharynx, précisément derrière le nez et au-dessus du palais, là où la cavité nasale rencontre la gorge. Mises en évidence sur 100 personnes, ces nouvelles glandes ont été appelées glandes tubaires, en référence à leur localisation anatomique (au-dessus du torus tubarius, un morceau de cartilage situé dans le conduit auditif). Elles ont également été identifiés sur deux cadavres.

Cette découverte peut être bénéfique pour les patients atteints de cancer de la tête et du cou, y compris les tumeurs de la gorge ou de la langue puisqu’elle va désormais permettre de “contourner” ces glandes lors des futurs traitements par radiothérapie. Les chercheurs ont analysé les données de 723 patients ayant subi un traitement par radiations. Ils ont constaté que plus ces nouvelles zones sont irradiées, plus les patients souffrent de complications.

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr

Protein kinases control nearly every facet of cellular function. These key signaling nodes integrate diverse pathway inputs to regulate complex physiological processes, and aberrant kinase signaling is linked to numerous pathologies. While fluorescent protein-based biosensors have revolutionized the study of kinase signaling by allowing direct, spatiotemporally precise kinase activity measurements in living cells, powerful new molecular tools capable of robustly tracking kinase activity dynamics across diverse experimental contexts are needed to fully dissect the role of kinase signaling in physiology and disease. Here, we report the development of an ultrasensitive, second-generation excitation-ratiometric protein kinase A (PKA) activity reporter (ExRai-AKAR2), obtained via high-throughput linker library screening, that enables sensitive and rapid monitoring of live-cell PKA activity across multiple fluorescence detection modalities, including plate reading, cell sorting and one- or two-photon imaging. Notably, in vivo visual cortex imaging in awake mice reveals highly dynamic neuronal PKA activity rapidly recruited by forced locomotion.

Zhang et al. Nature Chemical Biology

Article choisi par Rodolphe Fischmeister (UMR-S 1180 INSERM/UPSaclay, Châtenay-Malabry) : rodolphe.fischmeister@inserm.fr