lundi 27 février 2017

Dissection moléculaire hépatocyte par hépatocyte d'un lobule du foie

Pour PrepaCAPES et PrepaAgreg
Thèmes : expression génétique, physiologie, histologie


Le foie est un des organes clés du métabolisme. Il est constitué d'unités anatomiques appelées lobules en forme d'hexagones et qui comprennent 15 couches concentriques d'hépatocytes.

Source : https://fr.slideshare.net/laamlove/le-foie-vbiliairespanc
Si on considère dans les cours les hépatocytes comme "équivalents", cela n'est pas le cas dans la réalité. Le sang circule de la périphérie (en provenance de la veine porte hépatique) d'un lobule vers le centre (veine centro-lobulaire) et des morphogènes tels que les Wnt sont sécrétés par la veine centrale et diffusent en gradient vers la périphérie. Il s'ensuit que les cellules dans un lobule n'ont pas le même environnement (plus de Wnt et plus d'hypoxie au centre des lobules). Certaines zonations avaient déjà été découvertes mais l'article publié dans Nature le 16 février dernier étudie avec une précision sans précédent la répartition du travail entre les hépatocytes. 

Les auteurs ont combiné des hybridations in situ ultra-précises avec une analyse du transcriptome provenant de cellules uniques. Résultat ? 50% des gènes exprimés dans le foie présentent une expression zonée c'est-à-dire non uniformes le long de l'axe périphérique-central des lobules avec très souvent des différences très marquées (des zones qui expriment fortement le gène, d'autres pas du tout). Par exemple, les enzymes qui synthétisent les sels biliaires sont zonées et la voie de synthèse se déroule en fait en cascade d'une cellule à l'autre le long de l'axe. Les cellules qui sécrètent les protéines du complément et les facteurs de coagulation sont plutôt en périphérie des lobules, près de l'arrivée des veines en provenance de la veine porte. Les hépatocytes plus spécialisés dans la détoxification se trouvent plutôt au centre des lobules. L'hormone Igf1 qui a un rôle dans la croissance des os longs (sous le contrôle de l'hormone de croissance hypophysaire) est produite en périphérie des lobules mais les protéines qui transportent cette hormone dans le sang (Igfbp1 et Igfbp2) sont exprimés juste en aval en suivant le flot sanguin dans les lobules c'est-à-dire dans la zone médiane. Quant à la formation du glycogène, il est confirmé ce qu'on savait déjà. Le glycogène produit à partir du glucose prélevé dans le sang se forme plutôt dans les cellules du centre des lobules alors que le glycogène produit à partir du lactate via la néoglucogenèse se forme plutôt en périphérie. 

Ces expressions géniques sont sous le contrôle d'un gradient du morphogène Wnt et du gradient hypoxique (plus de Wnt et plus d'hypoxie au centre des lobules) car si on perturbe l'un ou l'autre les profils génétiques sont modifiés. 

Reste maintenant à savoir comment ces expressions varient au cours du développement et au cours du temps car il est connu que le foie a une composante circadienne forte de son activité. 


jeudi 16 février 2017

Les globules rouges gardent en mémoire le passage par une période d'hypoxie (en altitude par exemple)

Pour PrépaCAPES et PrépaAgreg

Thèmes : respiration, globules rouges, hémoglobine

Les humains peuvent s'adapter à la raréfaction de l'oxygène en altitude. Ces adaptations peuvent être génétiques à l'échelle de populations (les Tibétains ou les habitants des plateaux des Andes : on estime que 140 millions de personnes vivent en permanence au dessus de 2500 mètres d’altitude) ou à l'échelle individuelle par des adaptations physiologiques d'acclimatation (personne vivant à basse altitude qui monte épisodiquement à haute altitude).



Des chercheurs américains et chinois ont découvert une nouvelle adaptation à l'intérieur des globules rouges qui explique que les organismes s'adaptent plus vite lors de leur deuxième exposition à une raréfaction de l'oxygène que lors d'une première exposition, ce qui constitue une sorte de mémoire. Ils ont montré qu'une protéine appelée eENT1 de la membrane plasmique des globules rouges est dégradée lors d'une exposition à une quantité d'oxygène plus faible (en altitude chez l'homme ou dans des conditions expérimentales d'hypoxie chez la souris). Cette protéine est un transporteur de nucléoside et sa destruction aboutit à une plus grande accumulation d'adénosine dans le plasma. L'adénosine extracellulaire dans le sang a des effets protecteurs : vasodilatation dans les tissus permettant un meilleur apport d'oxygène, activation de la production de 2,3-BPG qui favorise le passage de l'hémoglobine de la forme oxy à la forme désoxy, facilitant le relargage de l'oxygène au niveau des tissus.

Ainsi, chez les humains qui ont participé à l'étude lors d'un premier séjour en altitude d'une dizaine de jours, la concentration plasmatique d'adénosine a augmenté mais lors de la deuxième montée une vingtaine de jours plus tard, l'augmentation a été plus rapide et plus forte. La première production d'adénosine active une voie de signalisation qui aboutit à la destruction (via ubiquitylation) de eENT1 qui habituellement élimine l'adénosine du compartiment extracellulaire. Ainsi, la deuxième fois, il y a moins de eENT1 et l'adénosine peut s'accumuler plus vite dans le plasma. 

Chaque globule rouge garde donc en mémoire (sous la forme d'un taux bas de eENT1) le passage dans une région hypoxique. La durée de vie d'un globule rouge étant de 120 jours cette mémoire s'efface progressivement de l'organisme au fur et à mesure de la destruction des globules rouges qui ont subit l'hypoxie.

dimanche 5 février 2017

Découverte d'un nouveau fossile Deutérostomien précoce

Pour CAPES, Agreg et BCPST
Thèmes : évolution, plans d'organisation

Les Deutérostomiens sont des animaux bilatériens chez qui le blastopore qui se forme à la gastrulation (ou son homologue amniote appelé ligne primitive) donne naissance à l'anus, la bouche se formant secondairement. Ce phylum comprend essentiellement les Échinodermes (dont les adultes ont perdu la symétrie bilatérale) et les Cordés. Ces groupes sont apparus au Cambrien mais si on trouve "facilement" des fossiles d’Échinodermes ou de Cordés (par exemple Yunnanozoon et Haikouella), il est très rare de trouver des fossiles de Deutérostomiens d'avant la séparation entre ces deux phyla.


Vue de face de Saccorhytus observé par microscopie électronique à balayage. On voit très bien la bouche et les ouvertures latérale coniques à travers le tégument (ce ne sont pas des yeux !)

Des chercheurs chinois ont découvert un petit fossile à l'échelle millimétrique (longueur 1,3 mm; largeur 0,8 mm) dans des couches sédimentaires du Cambrien (-540 millions d'années) en Chine du Sud qui pourrait correspondre à un Deutérostomien précoce. Il répond au nom de Sacchorhytus coronarius. Ce fossile possède une large bouche, entourée de couronnes de structures rugueuses. Apparemment, il n'aurait pas d'anus et les fèces auraient été éliminés par huit ouvertures latérales à bord coniques disséminés sur le corps. Ces ouvertures latérales pourraient être des formes primitives des fentes branchiales, percées dans le pharynx. Alors que pendant longtemps on avait cru que le caractère de pharyngotrème (pharynx percé de fentes) était un caractère dérivé partagé exclusif des Cordés, il semble que ce caractère était présent chez le Deutérostomien ancestral et qu'il a été perdu chez les Échinodermes. Ce fossile serait plutôt en faveur de ce scénario. Cependant, ces fentes ne semblent pas bordées par des branchies mais les auteurs expliquent que vu la taille de l'animal une respiration tégumentaire suffisait largement. Ces ouvertures n'auraient donc servi qu'à l'alimentation pour faire sortir le courant d'eau qui rentrait par la bouche et pour éliminer les excréments en absence d'anus. Il est possible aussi que l'animal rejetait eau et excréments par la bouche dans un mouvement de va et vient et que les structures coniques étaient des récepteurs sensoriels (mais pas des yeux !)

Source : Nature/doi:10.1038/nature21072

Saccorhytus serait apparenté aux Vetulicolia, un groupe fossile au positionnement controversé. Dans leur article les auteurs les placent en dehors des Cordés mais d'autres études les mettent à l'intérieur des Cordés

Bref, les premières étapes de l'évolution des Deutérostomiens recèlent encore bien des mystères.