LA MODÉLISATION DES MOLÉCULES DE LA VIE

Il y a plus de cent ans, les chimistes ont commencé à exploiter des modèles pour visualiser les molécules qu'ils manipulaient dans leurs tubes à essais. Les modèles physiques permettent de mieux comprendre la forme et la flexibilité des molécules, mais ils sont longs à construire, souvent chers, et ils ne donnent qu'une vue très approximative des molécules. De surcroît, ils sont peu adaptés à la représentation des grandes molécules qui caractérisent la vie et qui contiennent des milliers, voire des centaines de milliers, d'atomes. Depuis environ quarante ans, les ordinateurs offrent une alternative aux modèles physiques. Ils permettent de décrire les molécules (et les macromolécules) d'une façon beaucoup plus réaliste en tenant compte de l'ensemble des interactions qui peuvent avoir lieu entre ces espèces. Ils permettent non seulement de visualiser les molécules, mais aussi d'étudier leur dynamique et leurs interactions. La modélisation ne remplace pas l'expérimentation, mais elle aide à analyser des résultats et surtout à formuler de nouvelles hypothèses. J'illustrerai ces développements avec des exemples portant sur les acides nucléiques, et, en particulier, la double hélice d'ADN, sur les protéines et sur les complexes formés entre ces macromolécules. Je montrerai comment on peut approcher les molécules avec l'oeil de l'ingénieur civil, et comment les molécules sondent leurs propres propriétés mécaniques pour se reconnaître. Je parlerai aussi de la modélisation au service des physiciens qui ont appris à manipuler les molécules une à une, ou au service du biologiste "seigneur des anneaux". Je terminerai en parlant de l'avenir de la modélisation: est-ce que nous pouvons commencer déjà à simuler non seulement une ou deux molécules, mais plutôt les systèmes moléculaires organisés qui animent nos cellules ?

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LE  TEMPS  DES  NEURONES

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Le fantastique espoir des thérapies cellulaires

Alzheimer, Parkinson, diabète, leucémie… toutes ces maladies pourraient être traitées par thérapie cellulaire. Ce formidable espoir repose sur les cellules souches, capables de se transformer en n'importe quel type de cellule ou de tissu. Mais où peut-on trouver ces cellules ?


Pendant longtemps les cellules souches ont gardé leurs mystères. Comment les distinguer des cellules différenciées qui ne possèdent pas la même faculté de "transformisme" ?
En effet, toutes les cellules du corps humain contiennent le même nombre de chromosomes et donc le même nombre de gènes. Au stade embryonnaire, les cellules ne sont pas différenciées. Elles sont dites totipotentes, car elles sont alors capables de se développer en n'importe quel type de cellule ou de tissu humain : os, nerfs, muscles, cellules d'îlots pancréatiques, etc.
La différenciation cellulaire
La distinction entre elles apparaît au cours de la division cellulaire. Les cellules de cheveux ne se reproduiront plus qu'en cellules de cheveux, celles de muscles uniquement en cellules musculaires… le reste de l'information génétique reste endormi.
Depuis plus d'une dizaine d'années, les cellules souches suscitent de très nombreux espoirs. Elles sont potentiellement capables de se différencier en plusieurs types de cellules matures. Elles suscitent de nombreux espoirs dans différents domaines thérapeutiques : la médecine régénérative et les greffes (capable de réparer, voire de remplacer, des cellules ou des organes défectueux) mais aussi la thérapie génique.
On distingue quatre grandes sources de cellules souches :
    ▪    Les cellules souches embryonnaires, qui sont prélevées sur un embryon surnuméraire de 5 à 6 jours ;
    ▪    Les cellules souches périnatales contenues dans le sang de cordon du nouveau-né et dans le placenta, peuvent se différencier en cellules sanguines utilisables pour des greffes, d'où la création depuis quelques années de banques de sang de cordon ;
    ▪    Les cellules souches adultes au niveau de ses tissus et organes, notamment au niveau de la moelle osseuse, du système nerveux ou encore de la pulpe dentaire, qui ont des capacités de différenciation limitées ;
    ▪    Les cellules souches IPS (cellules souches induites à la pluripotence), qui sont des cellules humaines adultes reprogrammées pour se transformer en n'importe quelle cellule et se renouveler à l'infini.
Ces cellules souches, appelées "IPS", sont dites "pluripotentes" : elles peuvent fournir des cellules spécialisées, sur commande, possédant le même patrimoine génétique que les cellules d'origine. Aujourd'hui, la reprogrammation des cellules IPS reste difficile à mettre en oeuvre et suscite des inquiétudes liées au risque de multiplication anarchique (évolution cancéreuse).

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Paris, 30 août 2013

Les antioxydants des algues brunes dévoilent leurs secrets de fabrication
Les algues brunes marines possèdent des composés chimiques aromatiques (composés phénoliques) uniques dans le monde végétal, nommés phlorotannins. Du fait de leur rôle d'antioxydants naturels, ces composés suscitent beaucoup d'intérêt pour la prévention et le traitement du cancer, des maladies inflammatoires, cardiovasculaires et neurodégénératives. Des chercheurs du laboratoire Végétaux marins et biomolécules (CNRS/UPMC) à la Station biologique de Roscoff, en collaboration avec deux chercheurs du laboratoire des Sciences de l'environnement marin de Brest (CNRS/UBO/IFREMER/IRD) viennent de révéler l'étape clé de la fabrication de ces composés chez la petite algue brune modèle Ectocarpus siliculosus. L'étude dévoile aussi le mécanisme original d'une enzyme capable de synthétiser des composés phénoliques à finalité commerciale. Ces travaux ont fait l'objet d'un brevet et devraient faciliter la production des phlorotannins utilisés actuellement comme extraits naturels par les industries pharmaceutiques et cosmétiques. Ils sont publiés en ligne sur le site de la revue The Plant Cell.
L'extraction des phlorotannins des algues brunes actuellement utilisés dans l'industrie est complexe et jusqu'à maintenant les voies de biosynthèse de ces composés chimiques naturels restaient inconnues. En étudiant le premier génome décrypté d'une algue brune, l'équipe de Roscoff a identifié chez Ectocarpus siliculosus, plusieurs gènes homologues à ceux des plantes terrestres impliqués dans la biosynthèse des composés phénoliques (1). Parmi ceux-ci les chercheurs ont identifié au moins un gène directement impliqué dans la synthèse des phlorotannins chez les algues brunes. Les chercheurs ont ensuite réussi en introduisant ces gènes dans une bactérie à lui faire produire en grande quantité les enzymes à l'origine de ces composés phénoliques. Une de ces protéines, une polyketide synthase de type III (PKS III) a été étudiée et a permis de comprendre comment celle-ci assure la formation de ces produits phénoliques. Cette PKS III est capable par exemple de synthétiser du phloroglucinol (utilisé notamment dans la synthèse d'antispasmodique et d'explosifs) et d'autres composés phénoliques à finalité commerciale.

Outre ces propriétés mécanistiques, ces résultats dévoilent de nouvelles fonctions biologiques de ces composés dans l'acclimatation et l'adaptation des algues brunes au stress salin. La connaissance de ces voies de biosynthèse permettra aux chercheurs de découvrir les mécanismes de signalisation qui conduisent à la régulation de ce métabolisme. Elle sera utile également pour comprendre les fonctions biologiques et écologiques de ces composés chez d'autres algues brunes déjà commercialisées.

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