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Paris, 2 février 2012

Quand la sérotonine tombe sur un os

La sérotonine, un neurotransmetteur cérébral bien connu, est produite localement dans un site inattendu : le tissu osseux. C'est ce que viennent de montrer les chercheurs de l'Unité mixte de recherche 606 « Os et Articulation » (Inserm/Paris Diderot) associés au laboratoire de biochimie de l'hôpital Lariboisière et au laboratoire « Cytokines, hématopoïèse et réponse immune » (CNRS/Université Paris Descartes) à l'hôpital Necker à Paris. Cette sérotonine locale favoriserait la dégradation du tissu osseux. Ces résultats publiés cette semaine dans les PNAS suggèrent que des médicaments modulant les effets de la sérotonine, comme les antidépresseurs ou les antimigraineux, pourraient modifier dans un sens ou dans l'autre l'équilibre délicat entre formation et dégradation des os dans l'organisme.

La sérotonine régule une vaste gamme de fonctions comme l'humeur, le comportement, le sommeil, la tension et la thermorégulation. Elle a également des fonctions importantes dans plusieurs tissus périphériques et assure la régulation des fonctions vasculaires, du coeur et dans la mobilité gastro-intestinale. Toutefois, la sérotonine circule dans l'organisme à des taux extrêmement faibles. Elle est majoritairement stockée dans les plaquettes et n'est disponible pour les organes périphériques que si elle est relarguée lors de l'activation de ces plaquettes.
Certains chercheurs se sont intéressés au rôle de la sérotonine sur le tissu osseux qui a récemment fait débat. Alors que certains chercheurs ont décrit une action négative de la sérotonine circulante sur le tissu osseux (elle empêcherait la régénération osseuse en agissant sur les ostéoclastes pour diminuer leur prolifération), d'autres ne retrouvent pas de modification osseuse en l'absence de sérotonine chez la souris.
Ostéoclaste ou ostéoblaste ?

Le remodelage osseux est un processus fortement intégré. Il est assuré par un équilibre fin entre la formation d'os assurée par les ostéoblastes et leur dégradation par les ostéoclastes. Ce renouvellement permanent assure une croissance harmonieuse, le maintien et la réparation des os tout au long de la vie.

Si cet équilibre est rompu, une trop forte activité des ostéoclastes aboutit à une augmentation marquée de la densité osseuse. Au contraire, une résorption osseuse accrue est associée à la perte osseuse et déclenche des maladies comme l'ostéoporose, l'arthrite et des lésions osseuses métastatiques.

A ce stade, les perspectives des chercheurs sont nombreuses. Ils vont maintenant étudier si la production de sérotonine par les ostéoclastes est augmentée par la carence en œstrogènes. Dans ce cas, cela pourrait signifier que la sérotonine joue rôle dans l'ostéoporose de la femme ménopausée.

Une bonne communication moléculaire entre ostéoblastes et ostéoclastes est donc nécessaire pour réguler l'engagement, la prolifération et la différenciation de précurseurs cellulaires osseux.

Face à ces résultats contradictoires, Marie Christine De Vernejoul et ses collègues ont souhaité aller plus loin. Grâce à leurs travaux menés chez la souris, ils ont découvert que cet effet sur le tissu osseux n'était pas dû à la sérotonine « circulante » mais à une production de sérotonine nouvelle.« Nos travaux montrent que la sérotonine est produite localement dans un site inattendu : le tissu osseux. Elle est synthétisée par les ostéoclastes, ces cellules osseuses en charge de résorber l'os.» explique la chercheuse Inserm Marie-Christine De Vernejoul.

Une fois synthétisée, la sérotonine agit directement sur les cellules qui la produisent, les ostéoclastes, en augmentant leur différenciation. Cette production de sérotonine locale fait partie d'un processus normal et contribue elle aussi à maintenir l'équilibre entre dégradation et formation osseuse.

« Cette sérotonine locale produite par les ostéoclastes est bien plus importante pour le tissu osseux que la sérotonine circulante, ce qui expliquerait les conclusions différentes observées jusqu'à présent par les scientifiques qui avaient étudié des modèles trop particuliers » ajoutent les auteurs.

D'un point de vue fonctionnel, les chercheurs ont découvert que les ostéoclastes expriment à leur surface le transporteur de la sérotonine et certains récepteurs à la sérotonine. Les drogues affectant le transporteur de la sérotonine, comme les antidépresseurs, et les récepteurs de la sérotonine, comme les antimigraineux, pourraient donc modifier la dégradation du tissu osseux et avoir des conséquences sur cet équilibre précieux entre dégradation et formation d'os.

 Paris, 11 avril 2012

Découverte d'une nouvelle règle d'organisation spatiale des chromosomes qui reflète leur fonctionnement

Découverts en 1882 par Walther Flemming, les chromosomes, supports de l'information génétique, continuent à livrer leurs secrets 130 ans plus tard ! Pour preuve, l'équipe d'Edith Heard du laboratoire Génétique et biologie du développement (Institut Curie/CNRS/Inserm) en collaboration avec celle de Job Dekker (UMass Medical School, Worcester, USA) vient de mettre au jour une nouvelle organisation de ces bâtonnets d'ADN qui se trouvent dans le noyau de nos cellules. Les chromosomes forment une succession de « pelotes » dans lesquelles se regroupent plusieurs gènes qui peuvent ainsi être régulés de manière coordonnée au cours du développement. En clair ces « pelotes » isolent des groupes de gènes intervenant de façon concertée lors d'étapes cruciales du développement de l'embryon, mais aussi à l'âge adulte. Nature présente ces travaux innovants en ligne le 11 avril 2012.
Le support du matériel génétique, les chromosomes, confinés dans un espace de quelques micromètres, peuvent mesurer une fois dépliés jusqu'à la longueur d'un bras. Mais ils sont confinés dans un espace de quelques micromètres. Si l'on comparait le noyau d'une cellule à une balle de tennis, un chromosome mesurerait 5 kilomètres. Et il n'y en a pas qu'un seul ! Chez les humains, par exemple on compte 23 paires de chromosomes dans chaque noyau cellulaire. Les chromosomes se compactent, se replient, s'enchevêtrent et s'entremêlent au cœur du noyau.
Alors les chromosomes, un plat de spaghettis dans le noyau des cellules ? « Pas tout à fait » explique Elphège Nora, post-doctorant à l'Institut Curie qui a réalisé ce travail. « Les chromosomes possèdent une réelle organisation spatiale et celle-ci est essentielle à leur fonctionnement. »

Un chromosome, ça ressemble…. à une série de pelotes !
L'équipe d'Edith Heard, directrice CNRS du laboratoire Génétique et biologie du développement (Institut Curie/CNRS/Inserm) en collaboration avec celle de Job Dekker (UMass Medical School, Worcester, USA) vient en effet de découvrir une nouvelle règle d'organisation spatiale. « Les chromosomes forment une succession de « globules», des sortes de « pelotes » d'une taille de 100 000 paires de bases à 1 million de paires de bases » explique la chercheuse. Pour mémoire, la paire de base (abrégée par les fameux A, C, G, T) est l'unité du génome et un chromosome peut, chez les humains, mesurer plus d'une centaine de millions de paires de bases.
« Mais la grande nouveauté, c'est que cette organisation spatiale reflète l'organisation fonctionnelle du chromosome » ajoute Edith Heard. Cette organisation permet de regrouper dans une même « pelote» jusqu'à une dizaine de gènes(1), voire plus. On trouve également dans ces « pelotes » des séquences dites régulatrices, qui peuvent contrôler - tels des interrupteurs - l'activité des gènes qu'elles contactent physiquement. Ainsi compactés ensemble au sein de la même pelote chromosomique, un groupe de gènes – bien que s'étalant sur plusieurs centaines de milliers de paires de bases – peuvent donc partager les mêmes séquences régulatrices, et leur activité peut ainsi s'en trouver coordonnée.
« Nous savons depuis des décennies que l'ADN est enroulé autour des nucléosomes pour former la structure « classique » dite du collier de perles. Notre nouvelle étude indique que cette structure se replie pour former une nouvelle organisation dans laquelle plusieurs gènes sont regroupés en pelote » explique Job  Dekker, co-directeur du programme de Biologie des Systèmes à l'université du Massachussetts (University of Massachusetts Medical School). « Cette organisation des chromosomes constitue un degré de repliement jusqu'à présent inconnu, et nous pensons qu'elle représente un principe d'organisation fondamental des génomes. »

Cette découverte lève le voile sur une grande inconnue de la génétique, à savoir comment une altération à un endroit du génome peut perturber l'expression de gènes situés à plusieurs dizaines, voire milliers de paires de bases.
Un dommage au sein d'une « pelote » peut en effet avoir des conséquences sur tous les gènes qu'elle contient. Alors cet agencement ne sensibilise-t-il pas plus la cellule qu'il ne la protège ? « Cette organisation permet de rapprocher plusieurs éléments distants pour les soumettre aux mêmes influences. Ainsi à certains moments du développement il devient possible d'orchestrer finement l'activité de gènes très éloignés sur le chromosome linéaire mais qui sont en réalité très proches dans le noyau de la cellule. » explique Elphège Nora. « Une seule mutation peut donc avoir des effets sur tout un groupe de gènes si elle affecte l'organisation d'une de ces « pelotes» chromosomique ».
« Le noyau d'une cellule est rempli de gènes et la cellule doit impérativement savoir à quel moment allumer ou éteindre ceux-ci, complète Job Dekker. En regroupant les gènes dans des pelotes qui les isolent, la cellule a trouvé une solution pour réguler de manière coordonnée des groupes de gènes sans interférer avec les autres. »

Le point de vue d'Edith Heard
L'organisation spatiale, un coupe-file à travers le chromosome
« Ces principes ont été découverts en étudiant une portion essentielle du chromosome X, le centre d'inactivation (dont l'équipe d'Edith Heard est spécialiste). Grâce à la publication en parallèle de l'équipe de Bing Ren à l'Université de San Diego (Californie, Etats-Unis), nous pouvons extrapoler la nouvelle organisation que nous avons découverte sur le chromosome X à l'ensemble des chromosomes, non seulement chez la souris mais aussi chez l'humain. Ainsi, au-delà de l'avancée fondamentale, ces études ouvrent de nombreuses perspectives pour la compréhension de certaines pathologies, comme les maladies génétiques. En effet, celles-ci sont dues à des mutations de la séquence d'ADN qui entraînent le dérèglement de l'activité de certains gènes. Or, il arrive que ces mutations ne se trouvent pas directement dans le gène déréglé, mais dans son voisinage chromosomique. Jusqu'alors, trouver cette mutation dans le chromosome relevait du problème de l'aiguille dans la botte de foin. Grâce à cette découverte, les recherches pourront maintenant être canalisées vers la portion du chromosome la plus susceptible d'interagir avec le gène déréglé, c'est-à-dire à la pelote chromosomique à laquelle il appartient. »

Notes :
(1) Les gènes sont les régions du génome qui dictent la composition des protéines

Références :
Spatial partitioning of the regulatory landscape of the X-inactivation center
Elphège P. Nora, Bryan R. Lajoie*, Edda G. Schulz*, Luca Giorgetti*, Ikuhiro Okamoto, Nicolas Servant, Tristan Piolot, Nynke L. van Berkum, Johannes Meisig, John Sedat, Joost Gribnau, Emmanuel Barillot, Nils Blüthgen, Job Dekker, Edith Heard (*contribution égale)
Nature, publication en ligne, 11 avril 2012

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Finalité et biologie

par Pierre-François Moreau

Colloque La représentation du vivant : du cerveau au comportement

Session L'implicite des représentations scientifiques

"La représentation du vivant est depuis longtemps le lieu privilégié des idéologies finalistes, et, réciproquement, les différentes versions de l'idée de finalité ont longtemps semblé indispensables pour comprendre la spécificité de la vie. Elles ont en même temps servi de vecteur pour exporter hors de la connaissance de la vie un certain nombre de caractéristiques spécifiques de cette dernière et que l'on a cru pouvoir appliquer aux sciences de la nature ou de la société. Elles se sont souvent appuyées sur la communication entre les deux dimensions indiquées (en français et dans d'autres langues) par le double sens du mot vie : biologique et biographique.
Toutefois, des courants philosophiques minoritaires, que l'on peut indiquer par les noms d'Epicure, Lucrèce ou Spinoza, ont tenté de représenter le vivant hors de ce complexe d'idées et d'images."
(P.-F. Moreau)

Equipe technique Directeur de la production: Christophe Porlier, Responsable des moyens techniques: Francis Ouedraogo, Réalisation : Service commun audiovisuel et multimédia, Exploitation : Julien Lopez, Cadre:Mathias Chassagneux, Son: Xavier comméat, Montage-Encodage-Diffusion Web:Jean-Claude Troncard

CONFERENCE            CANAL  U         LIEN

Pionnier, ce travail ouvre la voie à l'étude de plusieurs autres récepteurs nucléaires vitaux encore mal étudiés. Notamment, les biologistes pensent désormais à utiliser la cryo-ME pour révéler la structure des récepteurs stéroïdiens.

Paris, 17 janvier 2012

Récepteur de la vitamine D : première observation 3D en intégralité
Pour la première fois, une équipe de l'Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC, Université de Strasbourg/CNRS/Inserm) a réussi à photographier en entier, en 3D et à haute résolution (1), une petite molécule vitale, enfermée au cœur de nos cellules : le récepteur de la vitamine D (VDR). Publiée le 18 janvier 2012 dans la revue The EMBO Journal, cette étude apporte des informations clefs sur la structure 3D et le mécanisme d'action du récepteur au niveau moléculaire. Ces données sont cruciales pour la recherche pharmaceutique, le VDR étant impliqué dans de nombreuses maladies, comme les cancers, le rachitisme et le diabète de type 1.
Appartenant à ce que les biologistes appellent « la grande famille des récepteurs nucléaires », des protéines actives dans le noyau des cellules, dont font aussi partie les récepteurs « stéroïdiens » (récepteurs aux hormones sexuelles, etc.), le récepteur de la vitamine D (VDR pour vitamine D receptor) joue un rôle primordial. Il régule l'expression de gènes impliqués dans diverses fonctions biologiques vitales (croissance des cellules, minéralisation des os,...).

Jusqu'ici, les chercheurs n'avaient pu étudier de près que deux parties de ce récepteur : la région en interaction avec l'ADN et le domaine liant la vitamine D. Ces deux morceaux avaient été produits en laboratoire et leur structure étudiée individuellement avec la technique de cristallographie. Cette méthode n'avait pas permis de visualiser le VDR en entier car il s'est avéré difficile à cristalliser.

Pour relever ce défi - qui mobilise plusieurs équipes dans le monde depuis plus de 15 ans -, les groupes de Bruno Klaholz et de Dino Moras, tous deux directeurs de recherche CNRS à l'IGBMC, ont utilisé une technique innovante : la cryo-microscopie électronique (cryo-ME), qui nécessite un microscope électronique de dernière génération, dit « à haute résolution ». Ce bijou de technologie permet de visualiser des objets biologiques à l'échelle moléculaire, voire atomique. En France, le premier a été installé en 2008 à l'IGBMC (2). Avant ces travaux, beaucoup pensaient impossible l'étude du VDR avec la cryo-ME. En effet, jusqu'ici, les plus petites molécules visualisées avec cette technique pesaient plus de 300 kilodaltons (3) (kDa), voire quelques milliers de kDa, soit beaucoup plus que le VDR, qui pèse 100 kDa et mesure tout juste 10 nm (10 x 10-9 m).

Concrètement, Bruno Klaholz et ses collègues ont produit en laboratoire de grandes quantités du récepteur VDR humain dans des bactéries Escherichia coli (l'un des modèles les plus utilisés en biologie pour produire des protéines). Puis ils ont isolé le récepteur dans une solution physiologique contenant de l'eau et un peu de sel. L'échantillon contenant le VDR a ensuite été congelé en le plongeant dans de l'éthane liquéfié, ce qui permet un refroidissement extrêmement rapide (en une fraction de seconde, l'échantillon passe de 25°C à environ -184°C). Il a fallu, enfin, prendre 20 000 photos de particules du VDR dans différentes orientations à l'aide du microscope. Ce sont ces images qui, alignées et combinées grâce à un programme informatique, ont fourni, au final, une reconstruction en 3 D du VDR.

Cette image apporte des informations inédites sur le fonctionnement du récepteur. Elle révèle que le VDR et son partenaire RXR (récepteur du rétinoïde X, un dérivé de la vitamine A) forment une architecture ouverte, avec le domaine de liaison de la vitamine D orienté presque perpendiculairement au domaine de liaison à l'ADN (voir figure ci-dessous). Cette structure suggère une coopération entre les deux domaines, qui agiraient ensemble pour induire une régulation très fine de l'expression des gènes cibles.

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