© Inserm
Frédéric Joubert

Le fonctionnement de la cellule dépend fondamentalement de l’organisation spatiotemporelle du protéome. Le dysfonctionnement des processus de dégradation ou d’adressage des protéines entraîne, en effet, de graves maladies (cancers, maladies neurodégénératives, etc.). Pouvoir analyser la dynamique protéique, de manière non destructrice, jusqu’au niveau cellulaire devrait pouvoir permettre de développer des stratégies de thérapie ciblée. Une étape décisive a été franchie dernièrement [1] grâce à l’utilisation de protéines fluorescentes comme chronomètre. Le principe repose sur l’utilisation en tandem de deux protéines fluorescentes différant par leur temps de maturation et leur spectre d’émission, fusionnées avec la protéine d’intérêt. Le choix a porté sur la protéine rouge fluorescente (cerise ou cherry), dont le temps de demi-vie de maturation est de 40 min, en tandem avec un variant de la protéine verte fluorescente, dont la maturation est rapide, quelques minutes. Une population de protéines étiquetées avec cette construction émettra une fluorescence uniquement verte juste après sa synthèse, puis émettra progressivement une fluorescence rouge de telle sorte que le rapport F_r/F_v que nous désignerons par par souci de simplification devient une mesure de l’âge de la population de(s) protéine(s) d’intérêt. La validité de l’approche a été vérifiée tout d’abord dans une situation connue : ainsi, chez la levure, on sait que durant la mitose, le centre organisateur des microtubules est dupliqué de telle manière que la protéine « âgée » est transmise à la cellule fille tandis que celle qui est néosynthétisée demeure dans la cellule mère. Effectivement, , plus élevé chez la cellule fille que chez la cellule parentale décroît progressivement en fonction de la progression du cycle cellulaire, donc de l’âge des protagonistes. La base du raisonnement était donc affermie et la répartition de protéines marqueurs en fonction du cycle cellulaire établie. À l’aide de différentes constructions qui permettent de moduler la stabilité d’une protéine d’intérêt, les auteurs montrent que dans l’état d’équilibre, décroît en fonction de la vitesse de dégradation des deux protéines fluorescentes indépendamment de la vitesse de production des protéines. Il devient donc possible de déduire la cinétique de dégradation par une simple mesure de en cytométrie de flux. La construction proposée permettrait de mesurer des temps de demi-vie compris entre 10 min et 8 h, durée suffisante pour étudier de manière systématique les protéines de levure. La technique a, enfin, été mise en œuvre pour rechercher par criblage à haut débit de potentiels régulateurs de la vitesse de renouvellement des protéines. La méthodologie mise en œuvre par les auteurs marque un progrès considérable dans la protéomique cellulaire.

Raoul Ranjeva
Jacques Haiech
UMR7200, Laboratoire d’innovations thérapeutiques, Illkirch, France
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Références

1. Kmelinskii A, et al. Nat Biotechnol 2012 ; 30 : 708-16.

© Inserm
Catherine Lubetzki

En écho à la Chronique génomique de Bertrand Jordan sur « Épigénétique et résilience » [1], cette brève résume les données de deux articles récents décrivant l’influence des relations sociales sur la myélinisation axonale dans le cortex préfrontal des rongeurs. Cette région intervient dans la planification et la coordination des comportements complexes et des émotions. En 2011, une équipe de Harvard medical school (Boston, États-Unis) avait montré des altérations irréversibles de la maturation des oligodendrocytes et de la myélinisation chez des souriceaux vivant en isolement total (une souris par cage) dès le sevrage (jour 21) et pendant quatre semaines [2]. Les auteurs définissaient une période développementale critique (J21 à J35) pendant laquelle la maturation des oligodendrocytes (et donc l’efficacité du processus de myélinisation, maximum dans des oligodendrocytes matures) dans le cortex préfrontal est dépendante de stimulus de l’environnement, relayés par la voie de signalisation neuroréguline-erbB3. L’absence de ces stimulus (isolement) explique les défauts cognitifs chez les animaux adultes. Dans la seconde étude [3], une autre équipe américaine explore le retentissement de l’isolement social, mais chez des souris adultes. Elle constate également, après 8 semaines sans contact social, une diminution significative de l’épaisseur de la gaine de myéline entourant les axones, exclusivement dans le cortex préfrontal, alors que le nombre d’oligodendrocytes est normal et qu’il n’y a aucune autre anomalie de structure des axones ou des noeuds. Les transcrits caractéristiques de la myéline, dont mbp (myelin basic protein) et mobp (myelin-associated oligodendrocytic basic protein), mais aussi les protéines correspondantes, sont significativement réduits. La structure de la chromatine des noyaux de ces oligodendrocytes est typique de cellules immatures, peu compactée (57 % d’hétérochromatine versus 67 % dans les noyaux des oligodendrocytes de souris vivant en groupe), et avec une prédominance de marques activatrices (acétylation) sur les marques répressives (méthylation). Les transcrits codant les enzymes contrôlant ces marques sont modifiés de façon appropriée. Ces modifications de la structure chromatinienne sont détectables précocement, dès 2 semaines d’isolement chez la souris adulte. Contrairement à la situation précédente [2], toutes les altérations constatées, transcriptionnelles et épigénétiques, étaient réversibles avec le retour à une vie en groupe. Cette réversibilité suggère une certaine « plasticité » du processus de myélinisation dans le cortex préfrontal, y compris chez l’adulte : reste à comprendre comment les stimulations neuronales dans cette région induisent un remodelage de la chromatine dans les oligodendrocytes stimulant leur différenciation, et comment le degré de myélinisation influence en aval les fonctions cognitives.

Laure Coulombel
médecine/sciences
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Références

1. Jordan B. Med Sci (Paris) 2013 ; 29 : 325-8.
2. Makinodan M, et al. Science 2012 ; 337 : 1357-60.
3. Liu J, et al. Nat Neurosci 2013 ; 15 : 1621-4.

© S. Gilgenkrantz

La peau vieillit. Amincissement du derme, ridules et rides, taches pigmentaires et télangiectasies. Selon les traités de dermatologie, ce processus débute vers 25 ans. Sans doute la peau ne vieillit-elle pas plus que les autres organes, mais ce revêtement du corps - et surtout du visage - est beaucoup plus apparent, et - contrairement au serpent, hélas ! -, l’être humain ne mue pas. C’est pourquoi cosmétiques, peelings, lasers, toxine botulinique et produits de comblement ont encore de beaux jours devant eux. Même s’il existe des facteurs externes qui aggravent le vieillissement cutané, celui-ci dépend d’abord de mécanismes intrinsèques : stress oxydatif, diminution des hormones, raréfaction du réseau vasculaire, raccourcissement des télomères. Mais le rôle de ces facteurs reste jusqu’à présent évasif. Récemment toutefois, une équipe ATIP-Avenir de Nice (homéostasie et tumorigenèse épidermique) vient d’obtenir des résultats plus précis. Elle a mis en évidence le rôle d’un transporteur d’acides aminés dans l’homéostasie cutanée : CD98hc (heavy chain) ou SLC3A2 (solute carrier family 3 ; activator of dibasic and neutral amino acid transport) [1]. Il module le signal intégrine essentiel au renouvellement de la peau. Dans un premier temps, les chercheurs ont défini les zones cutanées où il s’exprime : couche basale de l’épiderme, base des follicule pileux. Ils ont ensuite réalisé une invalidation sélective dans la peau du gène correspondant. Ils ont constaté qu’elle n’entraînait pas de troubles de l’adhésion cellulaire mais qu’en revanche, elle diminuait la prolifération et la migration des cellules, ralentissait les processus de cicatrisation et le fonctionnement des follicules pileux. CD98hc intervient dans une voie contrôlant l’homéostasie avec les intégrines (molécules d’adhésion mais aussi de signalisation), le facteur RhoGEF (guanine nucleotide exchange factor), et LARG (leukemia-associated RhoGEF/RhoA). Dans l’épiderme déficient en CD98hc, il existe une diminution de l’activation de c-Src et une activation persistante de RhoA. Des études in vitro ont donné des résultats analogues. Or, chez la souris âgée, on observe aussi une diminution de la prolifération des cellules, un ralentissement de la cicatrisation en même temps qu’un abaissement de l’expression de CD98hc. Si l’expression de ce transporteur diminue progressivement avec l’âge chez la souris, il serait intéressant de vérifier qu’il en est de même chez l’homme. Pourquoi cette diminution survient-elle avec l’âge ? Nouvelle question… et nouveaux espoirs pour une thérapie moléculaire anti-âge.

Simone Gilgenkrantz
médecine/sciences
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Références

1. Boulter E, et al. J Exp Med 2013 ; 210 : 173-90.

Chromodoris reticulata
© Creative Commons

Au cours du printemps, pendant plusieurs années, les chercheurs de la station de Sesoko, près d’Okinawa au Japon, ont fait de la plongée sous-marine dans les récifs de corail des alentours pour recueillir des Chromodoris reticulata. Ces ravissantes limaces de mer peuvent atteindre 8 cm ; elles ont une robe blanche réticulée de rouge, leurs rhinophores ont une extrémité brune et - détail qui ne manque pas d’intérêt - elles sont hermaphrodites. Mais contrairement aux escargots, hermaphrodites protérandriques, elles ont l’avantage d’être des hermaphrodites simultanées : au cours de la copulation, chaque partenaire agit à la fois en mâle et en femelle. Pour pouvoir étudier leurs pratiques sexuelles plus à loisir, les chercheurs de Sekoso et d’Osaka les ont conservées en élevage. Puis ils ont organisé des rencontres dans des bassins expérimentaux où ont été mis en présence deux partenaires n’ayant pas copulé depuis au moins 24 heures. Les biologistes japonais ont pu ainsi assister à l’accouplement réciproque de 31 couples. Ils viennent de publier leurs résultats [1]. La copulation se déroule toujours de la façon suivante : les deux partenaires s’approchent, mettent en contact leur côté droit où se trouve leur orifice génital ; puis, ils projettent chacun leur appareil copulateur dans le vagin de l’autre ; au bout d’une dizaine de secondes, ils repoussent le partenaire avec leur pièce buccale et se séparent, leur pénis étant allongé et étiré ; l’un des deux retire alors son pénis du vagin de son partenaire et l’autre fait de même peu après. L’ensemble dure en tout entre 5 et 9 minutes. On pourrait croire l’histoire terminée… Mais non ! Car il existe un rituel postcoïtal au cours duquel chaque partenaire autotomise son appendice copulateur. Recueilli au fond du bassin et examiné, on s’aperçoit qu’il était muni de spicules disposés comme des hameçons. Ces crochets ont-ils été utilisés afin d’éliminer tout allosperme résiduel, comme le font les Anisoptères - ou libellules ? [2]. Mais celles-ci peuvent commander les mouvements de leur organe copulateur, alors que celui des mollusques est dépourvu de muscle. Donc rien n’est moins sûr. Rares sont les animaux qui s’amputent ainsi de leur pénis, mis à part certaines araignées, comme Nephilengys malabarensis qui se sépare de son pédipalpe pour éviter de se faire dévorer par la femelle, ou encore un petit poulpe, Argonauta nouryi, qui abandonne aussi son long bras copulateur (hectocotylus) dans l’abdomen de sa volumineuse femelle¹. Pour notre nudibranche, pas de quoi en faire un drame car rien n’est perdu : 24 heures après ce coït, il pourra extruder un nouveau pénis tout neuf en déroulant la zone spiralée qui était encore immature. Donc rien à voir avec le fameux film de Nagisa Oshima « l’Empire des sens », et le fait divers qui l’avait inspiré… sauf que tout cela se passe dans l’Empire du Soleil Levant…

médecine/sciences
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¹ Longtemps, on a cru qu’il s’agissait de parasites.

Références

1. Sekizawa A, et al. Biol Letters 2013 ; 9 : 2012-150.
2. Muller JA. Evolution 2007 ; 61 : 1301-15.
3. Roca R, Seibel BA. ICES J Mar Sci 2010 ; 67 : 1494-500.

© Inserm
Chantal Delon-Martin

Associer les connaissances systémiques génomiques et métabolomiques a permis de lier des variations génétiques à des différences de taux de production/accumulation de métabolites spécifiques dont la plupart demeurent « non identifiés ». Ces derniers ne peuvent toutefois pas être considérés formellement comme des marqueurs fonctionnels. Le chaînon manquant visant à prédire (et à vérifier) l’identité des métabolites non identifiés a été apporté par Krumsiek et al. [1]. Les auteurs sont partis du principe que, même s’ils n’étaient pas identifiés, les métabolites d’intérêt pouvaient être quantifiés de manière reproductible. Partant de ce fait, ils ont posé comme hypothèse que si un composé inconnu présentait une empreinte similaire à celle d’un locus génétique ou à celle d’un composé déjà répertorié, alors on pourrait déduire sa position dans un réseau métabolique. Ils ont donc combiné génétique d’association (relier des composés inconnus à des gènes fonctionnellement identifiés) et analyse graphique gaussienne (placer des métabolites inconnus dans un contexte biochimique identifié) pour annoter spécifiquement des voies métaboliques conduisant aux composés non identifiés. La validité de la démarche a été vérifiée dans des cas retenus comme référence : hypertension, détoxification, résistance à l’insuline. Cette méta-analyse pourrait être élargie à d’autres systèmes vivants et à d’autres situations physiologiques normales ou pathologiques et conduire à la découverte de nouvelles voies métaboliques.

Jacques Haiech
Raoul Ranjeva
UMR7200, Laboratoire d’innovations thérapeutiques, Illkirch, France
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Références

1. Krumsiek J, et al. PLoS Genet 2012 ; 8 : 10, e1003005.

© Inserm
Jean-Christophe Lambry

Nous fabriquons 360 billions (le billion anglophone) de globules rouges (GR) par jour, et, chaque seconde, 5 millions de GR « âgés » sont éliminés par phagocytose dans les macrophages du système réticuloendothélial. Tout ceci a un coût, mais l’organisme est économe et recycle les composants du GR. Ce recyclage est la source principale des 25 mg de fer consommés quotidiennement pour la synthèse de l’hémoglobine, l’alimentation n’y contribuant que pour 1 à 2 %. L’hème est libéré de l’hémoglobine par catalyse dans les phagolysosomes des macrophages, puis dégradé dans le cytosol par l’hème oxygénase. Le fer libéré est soit stocké dans la ferritine, soit libéré de la cellule via la ferroportine (contrôlée par l’hepcidine, dont Sophie Vaulont nous raconte régulièrement les talents). Les maillons de cette chaîne de recyclage sont bien connus, sauf le transporteur qui véhicule l’hème du phagolysosome au cytosol. Une équipe américaine révèle dans Cell Metabolism qu’il s’agit de HRG-1 (haem responsive gene) [1]. Cette famille de transporteurs HRG avait été identifiée en 2008 chez C. elegans, un organisme auxotrophe, qui ne peut synthétiser l’hème et doit l’importer de l’extérieur [2]. L’expression de hrg1 est très élevée dans les cellules intestinales du ver et modulée par la concentration en hème de son alimentation. Outre ce rôle de transporteur intestinal chez C. elegans, HRG1 intervient aussi dans l’hématopoïèse chez le poisson zèbre, puisque son absence entraîne une anémie sévère. L’orthologue humain hHRG-1 avait été identifié par ces auteurs et localisé en 12q13, proche du gène DMT1, codant pour le principal transporteur de fer chez les mammifères. L’étude actuelle apporte des arguments fonctionnels : elle démontre que le processus d’érythophagocytose induit le recrutement de Hrg1 au niveau du phagolysosome du macrophage, et que l’expression de HRG1 est modulée par la concentration d’hème (elle augmente dans des situations d’anémie hémolytique aiguë et chronique chez la souris). La suppression de Hrg1 par ARN interférence induit une diminution des transcrits impliqués dans le recyclage du fer en aval, suggérant indirectement que HRG1 transporte le fer du phagolysosome dans le cytosol. Enfin, les auteurs tirent parti de l’étude d’un patient ayant une anémie microcytaire hypochrome réfractaire et hétérozygote composite pour une mutation du gène TMPRSS6 (qui réprime l’hepcidine) et un variant (P36L) d’HRG1. Contrairement à HRG1, HRG1-P36L ne restaure pas un phénotype normal chez des mutants du métabolisme de l’hème (levure et poisson zèbre). De plus, dans un modèle cellulaire permettant d’analyser les variations d’une hémoprotéine-étiquette dans des conditions d’érythrophagocytose, HRG1-P36L se localise correctement au phagolysosome, mais n’est pas capable d’induire l’activité de la protéine étiquette. Il n’est pas exclu que certains polymorphismes de HRG1 puissent expliquer certaines observations de surcharge en fer comme la sidérose de Bantou.

Laure Coulombel
médecine/sciences
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Références

1. Rajagopal A, et al. Nature 2008 ; 453 : 1127-31.
2. White C, et al. Cell Metabol 2013 ; 17 : 261-70.