lundi 16 décembre 2013

Longue durée de vie de l'azote dans le sol après l'utilisation d'engrais





Pour Agreg et CAPES
Thèmes : cycle de l'azote, agrosystèmes, nourrir l'humanité





Les engrais azotés ajoutés en masse dans les sols pour l'agriculture posent des problèmes de pollutions aux nitrates des eaux de surface et souterraines menant à terme à des phénomènes néfastes (eutrophisation, prolifération d'algues vertes sur les côtes...). Le devenir à long terme de l'azote dans ces fertlisants est mal connu d'où l'intérêt de l'étude au long cours initiée depuis 1982 (! vous n'étiez pas nés...) par un groupe d'équipes françaises et qui ont publiés leurs travaux dans PNAS.
L'étude a été réalisée près de Châlons-en-Champagne, dans deux cases lysimétriques cultivées, qui sont des monolithes de sol de 2 mètres de côté dont on peut faire le suivi hydrique et chimique, notamment en récupérant l'eau draînée jusqu'au plancher des cases. En 1982, les chercheurs de l'INRA ont épandu un engrais enrichi en azote 15 (un isotope stable, non radioactif). Puis les deux cases ont continué à être amendées avec de l'engrais non marqué et on y a cultivé du blé et de la betterave sucrière. 30 ans plus tard, les 2/3 de l'engrais d'origine ont été utilisées par les cultures, mais près de 15% de l'azote introduit en 1982 se trouvait encore dans la matière organique présente dans le sol (et notamment dans les bactéries qui s'y trouvent) et 8 à 12% de l'azote a été drainé vers les eaux souterraines. De l'azote initial continue toujours à être drainé petit à petit vers les eaux souterraines. En prolongeant les asymptotes on estime que l'azote des engrais met plus de 80 ans à disparaître du sol (bien plus qu'on ne l'estimait jusqu'à présent). Il y a donc une inertie importante dans le sol de l'azote apporté par les engrais, ce qui permet de mieux apprécier la vitesse à laquelle tourne le cycle de l'azote impliquant les engrais et permet aussi aux agronomes de mieux mesurer l'impact à long terme de l'utilisation des engrais azotés sur l'environnement.
Cette étude souligne aussi l'intérêt des expérimentations à long terme pour la recherche environnementale.

D'après communiqué du CNRS : http://www.cnrs.fr/inee/communication/breves/b018.htm

Article original : Long-term fate of nitrate fertilizer in agricultural soils, publié dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) le 21 octobre 2013 par Mathieu Sebilo, Bernhard Mayer, Bernard Nicolardot, Gilles Pinay & André Mariotti

 













dimanche 8 décembre 2013

Des ondes de gaz pour expliquer la périodicité des éruptions volcaniques explosives

Pour Agreg et CAPES
Thème : volcanisme, magmatisme

Contribution rédigée par Philippe Sarda, Professeur Université Paris Sud

 
La Soufrière Hills de Montserrat (©Anthony Finizola - IPGP2013)


Les volcans actifs au magma riche en silice, typiques des zones de subduction, présentent souvent une activité périodique. A la Soufrière Hills (Ile de Montserrat) comme au Mont Pinatubo (Philippines) ou au volcan Sakurajima (Japon) des cycles périodiques de déformation du sol et de sismicité, accompagnés de dégazage et d’activité éruptive, ont été enregistrés. Par exemple, à Montserrat, en 1996-1997, des épisodes récurrents de bombement (inflation) et de déflation de l’édifice volcanique avec des périodes de 6 à 30 h étaient accompagnés par des essaims sismiques. Le pic du cycle de déformation et de sismicité correspondait à des épisodes éruptifs importants comme des écoulements pyroclastiques, des éruptions vulcaniennes ou des épisodes de croissance rapide du dôme. Un comportement très similaire est enregistré au Sakurajima. Ainsi, les observations de cycles de déformation et de dégazage sont d’une importance cruciale pour prédire une éruption.


La lave qui pénètre dans le conduit et débute son ascension est un mélange de magma et de gaz (sous forme de bulles). C’est sur la physique de ce problème très particulier d’écoulement à deux phases (magma et gaz) que se sont penchés les auteurs de l’article paru récemment à Nature Geosciences : une équipe internationale de chercheurs français, de l’Institut de physique du globe de Paris (CNRS/ Paris Diderot/ Cité Paris Sorbonne) et du Laboratoire de géologie de Lyon Terre Planète Environnement (CNRS/ Université de Lyon 1/ ENS)), américain, de l’Université de Yale, et britannique, de l’Université de Bristol.


Et ils ont trouvé un nouveau processus qui doit avoir lieu dans le conduit.
D’un côté, par décompression et du fait de sa faible densité, le gaz a tendance à se détendre, à se séparer du magma (les bulles se soudent entre elles) et à remonter plus vite que celui-ci dans le conduit : c’est en somme ce qui se passe après l’ouverture d’une bouteille de champagne ; c’est le gaz qui fait sauter le bouchon. 

D’un autre côté, pour laisser passer le gaz, le magma se déforme et se compacte : le gaz comprime le magma. Mais la compressibilité du magma n’est pas très grande comparée à celle du gaz, et la magma empêche donc le gaz de se détendre beaucoup : la magma tend donc à comprimer à son tour le gaz.
S’instaure alors une compétition entre compression du gaz à cause de la résistance du magma et expansion du gaz contenu dans les bulles à cause de l’ascension et de la décompression.


Grâce à leurs calculs, les auteurs montrent que cette compétition doit produire un comportement périodique. Il se créée des zones compactées, peu riches en bulles de gaz, alternant avec des zones riches en bulles de gaz sur une longueur bien spécifique qui donne au phénomène un caractère ondulatoire. C’est pourquoi les auteurs appellent "onde de gaz" cette alternance entre zones riches en bulles et zones peu riches en bulles : l’ensemble remonte dans le conduit et se manifeste en surface par des explosions périodiques.
Les calculs prédisent qu’un onde de gaz aurait une longueur d’onde assez étroitement définie car s’il elle était trop courte, elle disparaîtrait, et si elle était trop longue, le gaz serait brutalement évacué. La longueur d’onde prédite par cette théorie est en bon accord avec les observations de cyclicité mentionnées plus haut.
Ce phénomène physique explique donc le comportement cyclique des volcans riches en silice. Sa connaissance doit aussi permettre de mieux prédire encore les éruptions.




"Source : Actualités du CNRS-INSU" du Samedi 14 Septembre 2013: http://www.insu.cnrs.fr/node/4491


Article original :
Eruption cyclicity at silicic volcanoes potentially caused by magmatic gas waves,
Chloé Michaut_1, Yanick Ricard2, David Bercovici3 and R. Steve J. Sparks4. Nature Géoscience, doi:10.1038/ngeo1928, 2013.
1-Institut de Physique du globe de Paris (CNRS, Paris Diderot, Cité Paris Sorbonne)
2-Laboratoire de Géologie de Lyon, CNRS, Université Lyon 1, ENS Lyon, 
3-Dept of Geology and Geophysics, Yale University, USA 
4-Dept of Earth Sciences, University of Bristol, UK

mardi 3 décembre 2013

L'héritage des odeurs

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : (épi)génétique, méthylation de l'ADN, cerveau

 Méthylation de la cytosine de l'ADN (source : http://www.ks.uiuc.edu/Research/methylation/)


C'est une étude assez importante, voire révolutionnaire qui vient d'être publiée dans Nature Neuroscience. D'une génération à l'autre c'est l'ADN qui est transmis via les gamètes et la réfutation de l'hérédité des caractères acquis (vision lamarckienne de l'Evolution) nous indique que la vie et le comportement de la génération N n'influence pas à l'issue de la reproduction la vie et le comportement de la génération N+1 (sauf passage à travers le placenta de divers substances, soins parentaux, apprentissage,  ...etc...). Or cette étude tend à prouver le contraire.
Des souris mâles ont été soumises à des chocs électriques associées à une odeur particulière (l'acétophénone). Cela a induit les souris à présenter des indices de peur lorsqu'on leur faisait sentir de l'acétophénone même en absence de chocs électriques (phénomène de peur conditionnée). Les chercheurs ont ensuite réalisé des fécondations in vitro avec les spermatozoïdes de ces souris mâles conditionnées et ont réimplanté les embryons dans des mères porteuses (qui n'ont jamais été en contact avec les mâles conditionnés et qui n'ont subi aucun stress particulier). Bilan : les souris de la génération N+1 sont significativement plus sensibles que les témoins (issus de fécondation in vitro de mâles non conditionnés) à l'acétophénone ! Et ce caractère se transmet même à la génération suivante (les petits-enfants des mâles conditionnés). L'analyse de leur cerveau a montré qu'ils produisent plus de neurones avec les récepteurs qui détectent l'acétophénone. Les connexions du bulbe olfactif avec l'amygdale (qui contrôle les comportements de peur) étaient aussi plus importantes. Le mécanisme impliqué reste assez mystérieux mais les chercheurs donnent des pistes : les spermatozoïdes expriment des récepteurs aux odeurs et la méthylation de l'ADN autour du gène codant les récepteurs à l'acétophénone était diminuée. La méthylation de l'ADN est une modification épigénétique qui contrôle à long terme l'expression des gènes, le modèle est donc plausible mais pour l'instant on est au stade des corrélations, pas des relations de cause à effets. Surtout le passage des odeurs vers les spermatozoïdes reste assez mystérieux...(le testicule nouvel organe olfactif ?). Une partie de la communauté scientifique reste sceptique car les mécanismes sont encore flous même si les données sont solides et la technique élégante. Chez les humains, on savait que le stress et l'anxiété pouvaient être transmis à ses enfants mais on pensait que c'était l'environnement familial, social et éventuellement des messages endocriniens à travers le placenta qui étaient la cause de ce phénomène. Il se pourrait bien que l'on doit rajouter une origine supplémentaire possible !

Voir : le résumé sur le site de Nature

Article original : Dias, B. G. & Ressler, K. J. Nature Neurosci. http://dx.doi.org/10.1038/nn.3594 (2013).

Merci à Morgane Thion de m'avoir signalé cet article.

mardi 26 novembre 2013

Séquençage du génome d'un champignon impliqué dans des mycorhizes, Rhizophagus irregularis

Plutot pour Agreg
Thèmes : champignon, symbiose, évolution

Rhizophagus irregularis (et ses spores)
Source : http://symplanta.biz/shop/article_00105SP/Rhizophagus-irregularis


Les mycorhizes sont des associations symbiotiques entre des champignons et des racines des plantes qui, au cours de l'Evolution, ont joué un rôle très important dans la colonisation du milieu aérien par les végétaux. Plusieurs équipes françaises et américaines en collaboration viennent de terminer le séquençage du génome de Rhizophagus irregularis, un champignon de la famille des Gloméromycètes qui forme des endomycorhizes (ou mycorhizes arbusculaires), le plus répandu des types de mycorhize. Rhizophagus forme des symbioses avec notamment de nombreux arbres comme le Peuplier. L'étude du génome a apporté des informations nouvelles sur les mécanismes génétiques nécessaires à la mise en place de la symbiose. Le champignon a perdu tous les gènes codant les enzymes permettant de dégrader la lignine et la cellulose, habituellement retrouvés chez les champignons. Il dépend totalement de sa plante-hôte pour subvenir à ses besoins carbonés : c'est un symbiote obligatoire. En contrepartie il y a eu une importante diversification des gènes codant les enzymes permettant la synthèse des molécules de communication et de signalisation utilisées lors du dialogue avec les plantes-hôtes lors de l'établissement de la symbiose. Le champignon possède aussi des systèmes de transport des ions minéraux particulièrement élaborés. Tous ces travaux vont améliorer à terme l'utilisation de Rhizophagus comme engrais vert en agro-écologie.

D'après communiqué de presse du CNRS (http://www2.cnrs.fr/sites/communique/fichier/cp_rhizophagus_final.pdf)

Article original :
The genome of an arbuscular mycorrhizal fungus provides insights into the oldest plant symbiosis. Proc Ntl Acad Sci –online Early Edition 25 novembre 2013



 




vendredi 22 novembre 2013

Chromosome Y : ce n'est pas la taille qui compte

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : chromosome, du sexe génétique au sexe phénotypique, reproduction, gamètes, FIV




 chromosomes X et Y vus au microscope électronique à balayage
Source : Nature (2003) 423 : 810-812.

Le chromosome Y des Mammifères est un chromosome très réduit par l'Evolution (voir ce site pour sa structure et son histoire). Issu avec le chromosome X d'une paire de chromosomes autosomes "classiques", le chromosome Y a perdu 1393 de ses 1438 gènes initiaux. Sans chromosome Y, un Mammifère se développe en femelle mais a-t'on vraiment besoin de tout le chromosome Y pour se reproduire ? Une étude publiée dans Science cette semaine montre que seuls deux des gènes restants sont vraiment indispensables pour pouvoir se reproduire en tant que mâle...avec l'aide d'une intervention médicale. 
Le premier gène indispensable code bien entendu le facteur de transcription SRY qui active la cascade génétique aboutissant à la formation d'organes sexuels mâles (via hormone anti-müllerienne et testostérone). Avoir des organes c'est bien, pouvoir s'en servir pour se reproduire c'est mieux, or les souris avec seulement SRY sont stériles car elles ne peuvent pas produire de spermatozoïdes, le chromosome Y possédant des gènes nécessaires à cette production. Les auteurs de l'article ont réduit le nombre de gène vraiment indispensables à 1 : il s'agit de Eif2s3y qui permet de former des spermatides dits "ronds" qui ont subi la méïose mais qui ne peuvent se différencier. Afin de permettre la reproduction, les chercheurs ont fait des fécondations in vitro avec la technique du ROSI (ROund Spermatid Injection) où on injecte directement le spermatide dans le cytoplasme de l'ovocyte et qui est un dérivé de l'ICSI (injection intra-cytoplasmique de spermatozoïdes). Après transfert dans une mère porteuse 9% des ROSI ont abouti à des souriceaux viables.

Ce résultat permet de mieux appréhender la technique de ROSI pour les hommes qui ne peuvent produire que des spermatides et apporte également la possibilité de soigner certaines infertilités masculines par thérapie génique avec le gène Eif2s3y.  

Voir le résumé dans Nature 

Article original : Yamauchi, Y., Riel, J. M., Stoytcheva, Z. & Ward, M. A. Science http://dx.doi.org/10.1126/science.1242544 (2013).

mercredi 13 novembre 2013

Archaeopteryx, la chute d'une icône

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : évolution, locomotion, paléontologie, histoire des sciences




Archaeopteryx est un des genres fossiles les plus connus (il vivait il y a 150 millions d'années environ, au Jurassique) et présenté classiquement comme le fossile "de transition" entre les dinosaures et les oiseaux. Et c'est sans doute complètement faux, notamment depuis les travaux présentés par Michael Habib, un paléontologiste de l'Université de Californie du Sud, à un meeting à Los Angeles ce mois-ci. Ce chercheur a calculé les rapports entre les longueurs des différents éléments de son squelette et aussi réanalysé en détail l'empreinte de ses plumes. Il s'est rendu compte que ses caractéristiques anatomiques rapproche fortement Archaeopteryx d'espèces actuelles non volantes qui vivent sur des îles. Or justement les reconstitutions paléogéographiques montrent qu'Archaeopteryx vivait sur un archipel. La tendance à perdre la capacité de voler pour certains oiseaux insulaires est bien connue. D'où l'idée qu'Archaeopteryx aurait perdu secondairement ses capacités de voler. Il y a aussi une autre hypothèse toujours possible, quoique moins probable : les ancêtres d'Archaeopteryx n'auraient jamais volé et il se trouve sur une branche (!) évolutive de dinosaures à plumes non volants. En tout cas, Archaeopteryx tombe définitivement de son piédestal. On lui avait déjà volé dans les plumes récemment avec la découverte d'espèces fossiles et peut-être volantes vivant 10 millions d'années avant Archaeopteryx (Anchiornis, Xiaotingia, Aurornis) et très proches des oiseaux. Archaeopteryx restera quand même un fossile-symbole : le premier grand fossile découvert juste après la publication de De l'Origine des Espèces de Darwin (1859; découverte du fossile en 1861) et directement interprété selon la théorie darwinienne. 

Voir : http://www.nature.com/news/theory-suggests-iconic-early-bird-lost-its-flight-1.14142

mardi 5 novembre 2013

Des ARN anti-viraux présents aussi chez les Mammifères

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : immunité anti-virale, ARN, expression génétique



Les petits ARN interférents (siRNA) sont de courts ARN double brin de 21 à 23 paires de nucléotides capables d'inhiber la traduction des ARNm qui ont la séquence correspondante (soit bloquage de la traduction, soit destruction des ARNm). Ces siRNA peuvent être produits à partir des ARN double brins des virus par la ribonucléase Dicer et ainsi constituent une défense anti-virus qui va empêcher la production de protéines virales. On savait que ces mécanismes fonctionnent chez les plantes, chez la drosophile et le nématode Caenorhabditis elegans. Deux articles publiés dans Science en Octobre 2013 tendent à démontrer que ces mécanismes existent aussi dans des cellules de Mammifères et sont efficaces contre les virus.
Les chercheurs ont infecté des cellules embryonnaires souches (ES) de souris avec le virus de l'encéphalomyocardite qui produit des ARN double brins au cours de son cycle. Le séquençage à haut débit des ARN des cellules a alors montré l'apparition en abondance de fragments d'ARN de 21 à 23 nucléotides avec des séquences provenant du virus. Ces ARN n'ont pas été détectés dans des cellules ES où les deux allèles codant Dicer ont été inactivés (KO Dicer -/-), suggérant fortement qu'il s'agit de siRNA produits grâce à Dicer. Ces ARN étaient aussi capables de se lier à une protéine de la famille Argonaute (Ago) qui est connue pour interagir avec les siRNA dans les autres phylums jusqu'alors étudiés. Les protéines Argonaute se trouvent dans le complexe RISC (pour RNA-Induced Silencing Complex) et participent au clivage des ARNm cibles. L'utilisation de cellules ES sans protéines Argonautes (des cellules multiples KO pour les 4 gènes codant des protéines Argonaute) a montré que ces cellules étaient plus infectés par le virus que les cellules sauvages, montrant l'efficacité de la protection anti-virale. 
De manière étonnante, la production de siRNA a fortement diminué lorsqu'on a permis aux cellules ES de se différencier, suggérant que seuls certains types cellulaires pourraient utiliser ce type de défense.  
Même si les résultats semblent solides, il faut faire attention aux interprétations car Dicer et le complexe RISC avec Argonaute sont aussi impliqués dans la production et la fonction des miRNA (pour microRNA) qui sont synthétisés à partir du génome de la cellule elle-même et qui pourraient avoir un rôle dans la défense anti-virale qui viendraient interférer (ha, ha...) avec les interprétations pro-siRNA. D'autres équipes avaient préalablement cherché ces siRNA anti-viraux sans les trouver.

Signalons que les siRNA sont de toute manière et depuis une douzaine d'années massivement utilisés dans les laboratoires comme moyen de diminuer la production d'une protéine particulière, notamment dans les cellules de Mammifères. Il aurait de plus été étonnant qu'un mécanisme de défense anti-viral présent et chez les plantes et chez divers Invertébrés ait complètement disparu chez les Mammifères qui gardent ainsi des mécanismes de défense très anciens en plus de leurs innovations immunitaires.

Articles originaux :
  1. Maillard, P. V. et al. Antiviral RNA interference in mammalian cells. Science 342, 235238 (2013)
  2. Li, Y. et al. RNA interference functions as an antiviral immunity mechanism in mammals. Science 342, 231234 (2013)

 

lundi 28 octobre 2013

Au Nord c'était les cocons

Plutot Agreg
Thèmes : Insectes, Histoire de la vie



Les plus anciens représentants des Insectes Holométaboles découverts dans un terril du Nord de la France

Aile antérieure d'Aviorrhynca magnifica, une nouvelle espèce trouvée dans les mines d'Avion (Nord-Pas-de-Calais), plus ancien Hémiptère connu (Carbonifère supérieure). Photo : MNHN, CNRS

Une équipe du Muséum national d'Histoire Naturelle et du CNRS vient de mettre en évidence les plus anciens représentants des lignées modernes d'insectes, les Holométaboles (Insectes à métamorphoses complètes) et Paranéoptères (lignée des punaises et des thrips), dans un gisement situé dans une ancienne mine de charbon du Nord-Pas-De-Calais et daté du Carbonifère (-360 à -300 MA). Ces travaux ont été publiés dans Nature mi-Octobre 2013.
Les Insectes du Carbonifère ont été souvent considérés comme exceptionnels du fait de leur gigantisme et de l'existence de lignées aujourd'hui disparues, comme les Paléodictyoptères, toujours d'assez grande taille et dont certaines espèces possédaient trois paires d'ailes. Mais les nouveaux fossiles découverts bouleversent la vision de ces écosystèmes : ils comprennent les plus anciens représentants des Hémiptères (punaises et cigales), des Coléoptères (scarabées etc.) et des Hyménoptères (guêpes et fourmis). Au sein de cette faune fossile, se trouvent donc des Holométaboles qui n'étaient pas signalés à ce jour que pour le Permien et non pour le Carbonifère qui précède le Permien.
Ces insectes carbonifères sont aussi les plus petits jamais découverts à cette période, ce qui permet de relativiser le gigantisme habituellement observé jusqu'à présent. Le gigantisme est expliqué par des taux particlièrement important d'oxygène dans l'atmosphère durant cette période et aussi par l'absence de prédateurs vertébrés aériens. Avec ces "petits" insectes, il est démontré que le gigantisme n'était pas généralisé et que des conditions favorables au gigantisme n'y mènent pas automatiquement.
Ces travaux confirment aussi en partie des travaux récents de phylogénie moléculaire qui suggèrent une apparition et une diversification beaucoup plus anciennes pour les principales lignées d'insectes que le registre fossile ne le laisait supposer auparavant.
 
D'après communiqué de presse MNHN, CNRS du 16 Octobre 2013
 
Contribution au blog proposé par Catherine Blais

Référence :
Nel, A., Roques, P., Nel, P., Prokin, A.A., Bourgoin, T., Prokop, J., Szwedo, J., Azar, D., Desutter-Grandcolas, L., Wappler, T. Garrouste, R., Coty, D., Huang, Diying, Engel, M. and Kirejtshuk, A.G. The earliest-known holometabolous insects.

Nature, 16 octobre 2013. doi: 10.1038/nature12629

 

samedi 26 octobre 2013

De nouveaux neurones produits dans le cerveau à partir de cellules gliales

Plutot pour Agreg
Thèmes : Système nerveux, cellules souches, thérapie cellulaire





Les cellules gliales sont bien plus nombreuses dans le cerveau que les neurones (sauf dans le cervelet), pourquoi ne pas s'en servir pour soigner des neurones "malades" ou remplacer des neurones morts ? Tel est le but poursuivi par les chercheurs américains et chinois qui ont transformé in vivo dans le cerveau de souris des astrocytes en neuroblastes (précurseurs de neurones) qui prolifèrent puis se différencient. L'article a été publié dans Nature Cell Biology en Septembre 2013

Astrocyte humain  (photo : Bruno Pascal)

Ils ont utilisé des lentivirus recombinés (des rétrovirus rendus ici inoffensifs) comme cheval de Troie pour faire rentrer l'ADN dans les cellules du striatum, une partie du cerveau qui a un rôle dans le contrôle moteur et qui dégénère dans la maladie de Huntington. Ces lentivirus font exprimer le facteur de transcription Sox2 dans les astrocytes (grâce à un promoteur spécifique). Sox2 est un gène connu pour être exprimé naturellement dans les cellules souches neurales, ce n'est pas une surprise de le retrouver à l'action ici. Les nouveaux neuroblastes induits ont été appelés iANB (pour induced adult neuroblasts). Après prolifération, ils se différencient en neurones fonctionnels (à en juger par leur forme, certains marqueurs moléculaires et des expériences d'électrophysiologie). Les auteurs soulignent l'importance d'utiliser pour Sox2 non pas un promoteur constitutif mais un promoteur bien ciblé sur les astrocytes et qui n'est plus activé une fois que les nouveaux neurones commencent à se différencier. La différenciation des neurones peut être stimulée par une combinaison de 2 facteurs secrétés (BDNF et Noggin pour ceux qui connaissent) qui sont aussi produit in situ grâce, une fois de plus, à des vecteurs lentiviraux co-injectés avec les premiers lentivirus Sox2. 


L'idée est ici de faire de la thérapie cellulaire in situ et d'éviter de passer par l'étape in vitro. Cette technique a des potentiels importants pour soigner ou ralentir l'évolution des maladies neurodégénératives et l'étape suivante c'est évidemment de refaire tout cela dans des souris modèles de maladies neurodégénératives. Mais attention : même si cette technique permet de produire des neurones chez l'adulte c'est au détriment des cellules gliales comme les astrocytes qui ont aussi des fonctions importantes ! Il faudra trouver un équilibre entre réparation neuronale et destruction gliale.



jeudi 17 octobre 2013

Vers moins d'espèces dans le genre Homo ?

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : Evolution des Hominidés, espèces et spéciation



Crâne d'Homo rudolfensis (photo : José-Manuel Benito Álvarez)

Un intéressant article bien écrit dans les News Comments de Nature sur la découverte de 5 crânes en Georgie appartenant avec quasi certitude à la même espèce du genre Homo et qui permettent d'appréhender le polymorphisme des caractères sur les crânes de différents individus d'une même espèce. Il en résulte une variabilité assez importante, ce qui fait dire aux auteurs qu'il y a eu peut-être une exagération dans l'inflation de nouvelles espèces dans la lignée humaine. Ils suggèrent même que Homo habilis, Homo rudolfensis et Homo erectus seraient en fait une même espèce. C'est encore à prendre avec prudence et cela fait débat dans la communauté scientifique, mais cet article nous éclaire sur la difficulté à faire la part entre les variations intraspécifiques et interspécifiques face à des restes fossiles.

Voir aussi cet article du Monde et du blog Sciences de Libé

mercredi 16 octobre 2013

La photophobie des larves de drosophile expliquée

Plutot pour Agreg
Thèmes : communication hormonale et nerveuse, développement post-embryonnaire


La PTTH (ou hormone pro-thoracicotrope) est une neurohormone peptidique produite par les corpora cardiaca (ou allata chez certaines espèces) qui agit sur les glandes prothoraciques des Insectes et active la sécrétion d'ecdysone dans l'hémolymphe qui, à son tour, provoque la mue. Ce modèle classique est à nuancer chez la Drosophile car l'inhibition de la production de PTTH retarde seulement la survenue de la mue et donc la PTTH n'est pas indispensable à moyen terme à l'activation de la mue. Un article publié dans Science en Septembre 2013 montre que cette neurohormone a aussi un autre rôle, insoupçonné jusqu'à présent.



Les larves de drosophile sont photophobes et s'enfoncent à l'intérieur de leur nourriture (les fruits pourris en milieu naturel; oui, il y a des drosophiles en milieu naturel, pas que dans les labos...). Cette photophobie est maintenue jusqu'à la métamorphose où les larves ressortent des fruits et se déplacent à la recherche d'un bon endroit pour se métamorphoser ("wandering phase"). Cet endroit doit être assez sombre de telle manière à limiter le repérage par des prédateurs pendant cette phase délicate du cycle de développement. Cette période de "wandering phase" est notamment activée par une production importante de PTTH qui prépare les futures mues nymphales et imaginales.

L'article montre que PTTH via son récepteur Torso a un rôle crucial dans cette photophobie larvaire. L'inhibition de l'expression de PTTH amène les larves à s'aventurer dans des zones éclairées qu'elles évitent habituellement. L'inhibition de l'expression du récepteur Torso dans les glandes prothoraciques ne modifie pas le comportement normal des larves montrant que la PTTH agit sur d'autres tissus cibles en ce qui concerne la photophobie. Les tissus cibles sont : 1) l'organe de Bolwig qui est un organe photorécepteur dans le cerveau et 2) une population de neurones périphériques qui couvrent le corps de la larve. La PTTH rend actif ces photorécepteurs qui, stimulés par la lumière, vont provoquer le comportement photophobe.

Ainsi, grâce à ces multiples rôles (accélération de la survenue de la mue, activation de la "wandering phase" et activation de la photophobie), la PTTH est un véritable chef d'orchestre qui coordonne les phases du développement post-embryonnaire et le comportement.

 Article de référence : Yamanaka et al., Neuroendocrine control of Drosophila larval light preference Science 341, 1113-6 (2013)










lundi 7 octobre 2013

Le trafic vésiculaire récompensé au Nobel








Pour Agreg et CAPES
Thèmes : compartimentation cellulaire, communication hormonale et nerveuse, expression génétique

Le Prix Nobel de Médecine (et de Physiologie) a été attribué à deux américains (Rothman, Schekman) et un allemand (Südhof, mais ses travaux récompensés ont été faits aux USA) pour leurs travaux sur le trafic vésiculaire.

Les cellules eucaryotes sont des cellules compartimentées en de nombreux territoires exprimant des protéines spécifiques. Certaines cellules ont en plus une polarisation (cellules épithéliales, neurones...) où des protéines spécifiques sont présentes par exemple à la membrane plasmique sur un côté de la cellule et pas de l'autre. La sécrétion des protéines (telle que l'insuline par exemple) est aussi un problème d'adressage vers le "compartiment extérieur" de la cellule. Tout cela pose le problème de l'adressage des protéines depuis leur lieu de synthèse (ribosomes libres dans le cytoplasme ou dans les mitochondries/chloroplastes et ribosomes attachés au REG (reticulum endoplasmique granuleux)) jusqu'à leur localisation fonctionnelle. Ce problème peut être élargi à d'autres types de molécules (adressage des lipides, de petites molécules telles que certains neurotransmetteurs...)

Alors que des protéines peuvent être adressées individuellement (par exemple au noyau grâce à leur séquence NLS qui les adresse au noyau via les pores nucléaires), des protéines prennent des transports en commun et empruntent des vésicules qui naviguent de compartiment en compartiment. Comment les vésicules sont-elles générées avec les bonnes protéines incluses dedans, comment s'orientent-elles dans la cellule et comment fusionnent-elles avec les bonnes membranes cibles et de manière contrôlée ? Voilà les questions auxquelles ont permis de répondre les travaux récompensés par le Nobel cette année.

Dans les années 1970, Schekman étudie la levure et utilise ses capacités de criblage génétique pour identifier 23 gènes dont la mutation provoque des défauts de trafic vésiculaire (les mutants sec comme mutants de sécrétion). Ces gènes sont impliqués dans une ou plusieurs étapes du trafic du reticulum endoplasmique vers l'appareil de Golgi et de l'appareil de Golgi à la membrane plasmique ou aux lysosomes.

Dans les années 1980, Rothman met en évidence dans des cellules de mammifères les complexes protéiques (les protéines SNARE) qui permettent l'arrimage et la fusion des vésicules et les reconnaissances spécifiques qui évitent aux vésicules de faire "fausse route". Voir cette figure. Rothman retrouve certaines protéines caractérisés chez la levure par Schekman, ce qui montre la large conservation des mécanismes de trafic vésiculaire chez les Eucaryotes.

Südhof a mis en application les découvertes faites précédemment sur la synapse et montré comment la fusion des vésicules de neurotransmetteurs est couplée avec l'arrivée du potentiel d'action et l'entrée du calcium dans la terminaison axonale. Les molécules impliquées sont décrites dans le schéma ci-dessous :

 

La synaptobrévine est la cible de toxines qui causent le tétanos ou le botulisme. D'autres toxines botuliniques agissent sur SNAP25 et sur la syntaxine.

Un transport vésiculaire altéré est impliqué dans de nombreuses pathologies développementales, immunologiques et neuronales (maladies de Huntington, d'Alzheimer...) notamment. Voir par exemple : http://mcb.berkeley.edu/labs/schekman/pages/genetic%20diseases.html ou http://www.scivee.tv/node/10314 ou http://www.dailymotion.com/video/xbx3e5_patrick-pla-la-maladie-de-huntingto_tech


Voir également : http://www.pourlascience.fr/ewb_pages/a/actualite-le-prix-nobel-2013-de-medecine-32162.php

lundi 30 septembre 2013

Le dernier rapport du GIEC : vers un probable changement climatique majeur

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : l'homme et les écosystèmes, climat, cycle du carbone


Le dernier rapport de l'IPCC ou GIEC en français (pour Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) est paru la semaine dernière. Voici une infographie parue sur LiveScience qui résume les études présentées dans le rapport de 2007 et dans celui de 2013.

Compare 2013's IPCC climate change report with findings from 2007 in this LiveScience infographic.
Source:LiveScience

Notez bien que les jolies couleurs sur les planisphères sont des modélisations soumises à encore beaucoup d'imprécisions. Par le passé les experts du GIEC ont plutôt sous-estimé les évolutions (voir cet article du Monde). Ainsi les premières prévisions du GIEC faisaient mention d'une augmentation moyenne du niveau des mers d'environ 2 mm par an. Or cette élévation se fait actuellement au rythme de 3,2 mm par an. L'accélération de la fonte estivale de la banquise de l'Arctique depuis le milieu des années 2000 n'avait pas été prévue non plus. D'autres facteurs ont été sous-estimés aux effets pourtant potentiellement importants : " "L'ensemble du carbone contenu dans le pergélisol a été estimé à 1 672 milliards de tonnes (Gt), soit plus du double du carbone présent dans l'atmosphère. Cela signifie que le potentiel amplificateur d'un relargage dans l'atmosphère de ce carbone par la fonte du pergélisol est énorme. Pourtant, cet effet potentiel n'a été pris en compte dans aucune des projections du GIEC."

De l'O2 atmosphérique en quantité significative 600 millions d'années plus tôt que prévu

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : histoire de la Terre, Archéen, cycle de l'oxygène, photosynthèse 

La Grande Oxydation est un évènement écologique qui a eu lieu il y a 2,4 milliards d'années et qui correspond à une augmentation significative de la concentration d'O2 dans l'atmosphère qui, jusqu'alors, était quasi-nulle (moins de 100.000 fois les concentrations actuelles). L'origine de cet O2 est à rechercher dans la photosynthèse. La photosynthèse existe depuis 3,5 milliard d'années au moins, mais auparavant l'O2 réagissait immédiatement par des réactions d'oxydation (notamment avec le fer océanique causant des dépôts d'oxyde de fer III appelés fers rubanés). Une fois ces "puits" à oxygène saturés, l'O2 a pu s'accumuler dans l'atmosphère.
Voilà le scénario classique que vient perturber le travail de chercheurs danois et sud-africains publié dans Nature le 26 septembre 2013, qui ont étudié des minéraux sud-africains appartenant à un paléosol (donc soumis aux conditions atmosphériques) datant de 3 milliards d'années. En examinant la distribution des isotopes de chrome et d'autres métaux sensibles aux conditions d'oxydo-réduction, les géologues se sont rendus compte qu'il y avait bien de l'O2 atmosphérique il y a 3 milliards d'années. Une estimation de la concentration révèle cependant que le concentration devait être environ 3000 fois inférieure à la concentration actuelle.
Même si cette concentration est faible elle est nettement plus importante que ce qui a été proposé jusqu'alors, montrant que l'évènement de la Grande Oxydation il y a 2,4 milliards d'années n'a été que l'aboutissement final d'un processus dont les origines remontent 600 millions d'années plus tôt. On peut aussi imaginer qu'il y a eu (pour une raison inconnue) un petit pic de concentration d'O2 atmosphérique il y a 3 milliards d'années qui est retombée par la suite. Cela a des implications pour l'étude de l'évolution de la photosynthèse oxygénique et notamment celle des Cyanobactéries qui auraient été plus nombreuses et actives que dans les modèles précédents il y a 3 milliards d'années, car les chercheurs précisent bien que des réactions géochimiques ne peuvent pas à elles seules expliquer une telle concentration d'O2 atmosphérique.

mardi 24 septembre 2013

Les tiques porteurs de la bactérie causant la maladie de Lyme sont plus résistants à la sécheresse


Plutot pour Agreg
Thèmes : relations hôte-parasite, co-évolution

Tique (Ixodes ricinus) mâle (petit) et femelle (grosse !)
Photo : Public Health Image Library

Encore un exemple où le parasite manipule le métabolisme de son hôte pour favoriser sa propre propagation. A lire dans cet excellent article de Pour La Science.

samedi 21 septembre 2013

On peut vivre sans insuline...à condition de compenser par la leptine

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : communication hormonale, régulation glycémie

La glycémie est diminuée par l'insuline. Les patients atteints de diabète de type I ne produisent pas d'insuline en quantité suffisante et doivent se l'injecter. Pour le diabète de type II, c'est la réponse à l'insuline qui est affectée (puis éventuellement la production d'insuline elle-même). Sans traitements, l'espérance de vie des diabétiques est diminuée en moyenne de plus de 10 ans à cause de multiples complications, notamment cardio-vasculaires, et le confort de vie est fortement diminué (par exemple à cause de la cécité que le diabète peut causer).
Des chercheurs américains et suisses ont réussi à faire survivre normalement des souris ne produisant pas d'insuline (qui normalement meurent en 15 jours !) en leur injectant non pas de l'insuline mais de la leptine, une hormone peptidique produite par le tissu adipeux et qui est connue pour réguler l'appétit (contrôle de la satiété - voir figure ci-dessous sur le rôle "classique" de la leptine). 





Dans son "nouveau rôle" pour compenser l'absence d'insuline, la leptine agit sur des neurones dans l'hypothalamus (des neurones produisant du GABA essentiellement). Une cascade de signalisation nerveuse contrôlée par ces neurones favorise la prise de glucose par le tissu adipeux brun (celui qui permet de produire de la chaleur) et certains muscles et inhibe la production de glucose par le foie (en inhibant la dégradation du glycogène et la néoglucogénèse), ce qui diminue la glycémie. L'action de la leptine s'explique en partie (notamment son action sur le foie) par une diminution de la sécrétion de glucagon (une hormone hyperglycémiante).
La leptine est donc une alternative intéressante aux injections d'insuline car elle provoquerait moins d'effets secondaires et en même temps régulerait mieux le comportement alimentaire des diabétiques. Mais il n'est pas sûr que les découvertes faites chez la souris soient aussi valables sur l'Homme (notamment à cause du fait que l'Homme adulte a nettement moins de tissu adipeux brun que la souris et donc un des tissus cibles des régulations mises ici en évidence ne pourrait jouer qu'un rôle anecdotique pour réguler la glycémie). Mais l'action anti-production de glucagon pourrait être suffisante pour avoir des effets significatifs. A suivre...

Références : article original dans Cell Metabolism

lundi 26 août 2013

Arabidopsis branche l'électricité

Pour CAPES et Agrégation
Thèmes : communication intercellulaire, défense contre agents pathogènes





Un article paru dans Nature du 22 août 2013 renforce l'idée que la communication électrique n'est pas une exclusivité animale mais que les végétaux y ont aussi recours (on connaissait déja le contrôle du mouvement des feuilles de la sensitive (Mimosa pudica), ou du piège de la Dionée Tue-Mouche (Dionaea muscipula) par exemple).

Les chercheurs ont déposé des larves d'un insecte parasite de Arabidopsis thaliana sur une de ses feuilles et ont mesuré les potentiels électriques dans divers emplacements des feuilles. Rien ne se passe tant que les larves ne font que se déplacer sur la feuille mais dès qu'elles commencent à se nourrir des signaux électriques sont enregistrés autour du site de l'attaque puis se transmettent aux feuilles voisines à la vitesse de 9 centimètres par minute (à comparer avec les 10 mètres par seconde, soit 60.000 centimètres par minute des neurones de Vertébrés...). Les sites qui reçoivent les impulsions électriques se mettent à produire du jasmonate, une hormone (voire une phéromone pour ses dérivés volatils) impliquée dans l'activation des défenses végétales contre les agents pathogènes.

L'activation du signal électrique n'est pas causé par la salive de la larve mais peut être reproduit par des blessures d'origine mécanique sur la feuille en absence de larves. Moléculairement, en utilisant des mutants, les chercheurs montrent que l'activation du signal électrique nécessite l'expression de canaux ioniques calciques ressemblant aux récepteurs au glutamate (le glutamate étant par ailleurs un neurotransmetteur bien connu chez les animaux; tout ceci bien sûr pose la question de savoir si il s'agit d'une convergence évolutive ou pas).

En résumé, la communication intercellulaire via des signaux électriques est sans doute une caractéristique générale des organismes pluricellulaires, même si la propagation de ces signaux est beaucoup plus lente (près de 7.000 fois plus lente) chez les végétaux que chez les animaux.


Vous pouvez voir la vidéo d'un enregistrement des potentiels électriques:
http://www.nature.com/nature/journal/v500/n7463/fig_tab/nature12478_SV1.html

Article original : Moussavi et al., Nature 500, 422-426 (2013)

jeudi 15 août 2013

"Découverte" d'une nouvelle espèce de Mammifère Carnivore : l'olinguito

Plutôt pour Agreg
Thèmes : biodiversité, espèce, Mammifère




Les chercheurs continuent de découvrir régulièrement de nouvelles espèces de Vertébrés, et notamment de Mammifères (10 en 2008; 31 en 2007; 40 en 2006, les nouvelles recrues étant souvent des Primates (de Madagascar dans la grande majorité des cas) et des chauve-souris). 
Il peut s'agir de découverte "pure" ou alors de la caractérisation d'une espèce qui, jusqu'alors, était confondue avec une autre. C'est dans cette deuxième catégorie que se range la caractérisation de l'olinguito, adorable Carnivore de 75 cm de long de la même famille que le raton-laveur (à quand la peluche ?). D'activité nocturne, il vit dans les forêts d'Equateur et de Colombie, se nourrit d'Insectes mais aussi de fruits et de nectar.
Cette espèce avait été précédemment confondue avec l'olinguo. Un chercheur du Smithsonian National Museum of Natural History de Washington avait remarqué dans les collections de squelettes et d'animaux empaillés de divers museums que des specimens marqués olinguo avaient un crâne et des oreilles plus petits et une dentition et une coloration de pelage légèrement différentes. Par ailleurs un animal sensé être une femelle olinguo avait été élevée au zoo de Washington dans les années 1970 et n'avait pas réussi à avoir de descendance malgré de multiples tentatives d'accouplements avec des olinguos mâles. La séquence ADN de cette femelle ainsi que de l'ADN provenant d'animaux actuellement vivants en Equateur ont permis de caractériser génétiquement l'espèce, après comparaison avec des séquences d'olinguos et d'autres membres de la famille des raton-laveurs. On comprend rétrospectivement pourquoi la femelle du zoo de Washington n'a jamais eu de descendance (a fortiori de descendance fertile) avec les mâles olinguos, ils appartenaient en fait à deux espèces différentes ! (on retrouve bien la définition de l'espèce).
Cette histoire nous montre notamment l'intérêt des collections de squelettes et d'animaux empaillés dans les muséums, où de nombreuses espèces encore non identifiées se cachent sans doute encore...

Voir :
http://www.nature.com/news/cute-mammal-is-first-carnivore-discovered-in-western-hemisphere-for-35-years-1.13565

Article original :
Helgen, K. M. et al. ZooKeys 324, 183 (2013).





 

mercredi 17 juillet 2013

Diminuer l'expression des gènes sur le troisième chromosome 21

Pour CAPES et Agreg
Thèmes : mutation, expression génétique, thérapie génique et cellulaire


Source de l'image : http://fait21.free.fr/LATRISOMIE/la%20trisomie.htm

La trisomie 21 (ou syndrome de Down) est une des grandes mutations classiques que vous devez connaître. C'est une des maladies génétiques les plus communes avec 1 naissance sur 800 (avec de fortes variations autour de cette moyenne selon l'âge de la mère; fréquence de 1% pour les mères à 40 ans). Les symptômes autant physiques que psychiques se caractérisent notamment par une néoténie (voir http://en.wikipedia.org/wiki/Down_syndrome).
La trisomie 21 prend son origine en la présence de 3 chromosomes 21 soit indépendants, soit une portion de chromosome 21 surnuméraire attaché à un autre chromosome (translocation, souvent sur le chromosome 14).
Dans l'étude qui est parue dans Nature du 17 juillet 2013 (et qui est très bien résumée ici : http://passeurdesciences.blog.lemonde.fr/2013/07/17/in-vitro-des-chercheurs-reduisent-la-trisomie-21-au-silence/) les chercheurs tentent de soigner les symptômes du premier type de trisomie, celui avec 3 chromosomes 21 indépendants. Ils ont eu l'idée d'utiliser un mécanisme naturel d'inhibition de l'expression génétique chez les femelles de Mammifères. En effet l'un des deux chromosomes X est mis dans un état hyper-condensé et hyper-méthylé (appelé corps de Barr) grâce à l'action d'un ARN non traduit Xist et reste en grande partie silencieux pour l'expression génétique. Cet effet a lieu tôt dans le développement embryonnaire au hasard sur l'un ou l'autre des chromosomes X aboutissant à un chimérisme génétique (car l'un des chromosomes X vient du père, l'autre de la mère et sont donc différents; selon les territoires cellulaires, soit l'un ou l'autre s'exprime).
Les chercheurs ont crée des cellules souches in vitro à partir de cellules de patients trisomiques (selon la technique des iPSC (induced pluripotent stem cells). Ensuite par génie génétique ils ont introduit le gène Xist sur l'un des chromosomes 21. Quelques jours plus tard Xist est exprimé et provoque l'hypercondensation et l'hyperméthylation du chromosome 21 à partir duquel il est exprimé, comme pour un chromosome X. On constate alors que l'expression globale dans les cellules des gènes causant le syndrome de Down est diminuée. Certaines anomalies observées chez les cellules souches trisomiques lors de leur différenciation en neurones sont diminuées dans les cellules traitées.
Il s'agit d'un outil important pour comprendre les mécanismes de la maladie (permettant une approche "perte-de-fonction" globale de d'un chromosome entier ici). Côté thérapeutique, le chemin est encore long car il est évidemment illusoire d'espérer remplacer toutes les cellules d'un patient, sauf si on agit très tôt au cours du développement embryonnaire ce qui apparait complexe. On peut imaginer une approche plus limitée avec l'ajout de quelques cellules saines dans des tissus-clés qui pourraient limiter les symptômes. Signalons qu'il s'agirait de thérapie chromosomique et pas seulement de thérapie génétique. On change d'échelle !

Article original : Jiang et al. Translating dosage compensation to trisomy 21 Nature doi:10.1038/nature12394 (17 juillet 2013)



vendredi 12 juillet 2013

La bactérie causant la lèpre manipule l'état de différenciation des cellules de son hôte

Plutot pour Agrégation
Thèmes : interactions hotes-parasites, cellules souches/différenciation cellulaire, tissu nerveux

Un article datant de Janvier 2013 publié dans Cell démontre que la bactérie responsable de la lèpre (Mycobacterium leprae) est capable de manipuler l'état de différenciation des cellules de Schwann ce qui permet sa meilleure dissémination dans l'organisme.

Explications sur le cycle du parasite :
http://www.bio.davidson.edu/people/sosarafova/Assets/Bio307/algreer/lifecycle.html

Les cellules de Schwann sont des cellules cibles habituelles de M. leprae qui est un parasite intracellulaire. Ce "tropisme" pour les cellules de Schwann (qui sont des dérivés des crêtes neurales et présentes uniquement dans le système nerveux périphérique) explique le fait que c'est le système nerveux périphérique et pas le système nerveux central qui est affecté par la maladie.
La présence du parasite induit la dédifférenciation des cellules de Schwann en cellules souches dont le profil génétique correspond à des précurseurs mésodermiques. Ces cellules sont capables de migrer (cellules mésenchymateuses) puis de se différencier en cellules musculaires striées squelettiques ou cellules musculaires lisses. Les précurseurs sont aussi capables de sécréter des facteurs attirant les macrophages qui constituent les autres cellules cibles de M. leprae et contribuent également à sa dissémination.
La dédifférenciation passe par une répression de l'expression de gènes importants pour la différenciation des cellules de Schwann et la réexpression de gènes exprimés habituellement au cours du développement de tissus embryonnaires mésodermiques. Une partie de ces modifications sont épigénétiques (via la modification de l'état de méthylation de l'ADN).

Ainsi un pathogène est capable d'exploiter la plasticité d'expression génétique et phénotypique de cellules pourtant initialement différenciées pour assurer sa dissémination dans l'organisme-hôte.

Voir :
http://www.futura-sciences.com/magazines/sante/infos/actu/d/medecine-bacterie-lepre-productrice-cellules-souches-44143/
(avec un schéma explicatif des différentes étapes de l'action de M.leprae sur les cellules de Schwann)

Article source :

Reprogramming adult Schwann cells to stem cell-like cells by leprosy bacilli promotes dissemination of infection. Masaki T. et al Cell.2013 Jan 17; 152(1-2):51-67