Paris, 1er décembre 2014

Un nanomédicament au rôle neuroprotecteur
Un nanomédicament au rôle neuroprotecteur vient d'être identifié par l'équipe de Patrick Couvreur à l'Institut Galien (Université Paris-Sud/CNRS), en collaboration avec une équipe de l'Université Hacettepe (Ankara, Turquie). Ce nanomédicament a été réalisé à partir du couplage de l'adénosine (molécule neurocompétente) au squalène (lipide naturel et biocompatible) permettant par assemblage supramoléculaire l'obtention de nanoparticules. Le rôle neuroprotecteur de ce nanomédicament a été démontré dans un modèle d'ischémie cérébrale1 chez la souris et de traumatisme de la moelle épinière chez le rat. Ces travaux viennent d'être mis en ligne sur le site de la revue Nature Nanotechnology.

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Jeudi 26 Juin 2014

Mécanismes intimes de l’activation des photorécepteurs chez les plantes
Sci. Rep. (2014), 4, 5175

CEA
Cette étude a établi le mécanisme complexe de la photoréduction de la flavine dans le photorécepteur cryptochrome et élucidé l’impact de l’ATP et du pH sur cette photoréaction.



Les cryptochromes (CRYs, du grec krypto chroma : couleur cachée) sont des flavoprotéines sensibles à la lumière bleue que l’on trouve chez les plantes et les animaux. Ils sont impliqués dans la régulation des rythmes circadiens (chez les animaux), dans diverses réponses de photomorphogenèse (chez les plantes), et pourraient être impliqués dans la détection des champs magnétiques par des oiseaux migrateurs. Les cryptochromes sont des photorécepteurs qui captent la lumière bleue grâce à un cofacteur flavine, induisant un transfert d’électrons intraprotéique entre une chaîne de trois tryptophanes et la flavine.
Un des enjeux importants des études actuelles des cryptochromes est la compréhension du mécanisme de réaction lors de la photoexcitation. Des travaux théoriques récents prédisent qu’une des étapes de la photoréaction, la protonation du FAD°Ÿ−, soit ultrarapide (de l’ordre de la picoseconde) alors que des études expérimentales sont plutôt en faveur de vitesses de l’ordre de la microseconde.
L’étude expérimentale de ces réactions ultrarapides nécessite des approches méthodologiques spécifiques disponibles au SB2SM. Une équipe de l’iBiTec-S en collaboration avec 4 autres équipes (deux françaises et deux américaines) a étudié l'effet du pH et de l'ATP sur la photoréduction de la flavine dans le CRY1 d’Arabidopsis en utilisant la spectroscopie d'absorption transitoire. Ces travaux suggèrent que l’ATP provoque le changement du mécanisme de la photoréaction en augmentant le pKa du résidu Asp396 (de 7.4 à >9) et la rigidité de la protéine dans son domaine photoactif. En conséquence, les réactions ultrarapides théoriquement prédites pourraient en effet se produire dans certaines conditions in vitro (en absence d’ATP), mais ne sont probablement pas importantes in vivo (~1 mM ATP, pH entre 7.0 et 7.5) où le transfert d'électrons ‘classique’ par la triade de tryptophanes et la protonation lente du FAD°Ÿ− devraient prévaloir. Finalement, l’hypothèse avancée par les chercheurs est que le changement de conformation du CRY végétal, important pour la signalisation par cette protéine, pourrait être déclenché par la charge anionique sur D396, qui est formée uniquement par le chemin classique de photoréduction.
Une étude théorique complexe des effets de l’ATP et de l’état de protonation du résidu Asp396 sur le transfert d’électrons et sur la dynamique conformationnelle est en cours en collaboration avec les collègues de l’Université Paris Sud.

Centre photoréactif du cryptochrome en présence d’ATP
Müller P, Bouly JP, Hitomi K, Balland V, Getzoff ED, Ritz T, Brettel K. (2014). ATP Binding Turns Plant Cryptochrome Into an Efficient Natural Photoswitch. Sci. Rep., 4, 5175.
http://dx.doi.org/doi:10.1038/srep05175

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Paris, 4 décembre 2014

Perception visuelle : chez les abeilles l'arbre ne cache pas la forêt
L'arbre cache-t-il la forêt, ou la forêt cache-t-elle les arbres ? Analysons-nous d'abord une image dans sa globalité pour ensuite nous concentrer sur les détails, ou bien portons-nous, au contraire notre attention sur les détails pour ensuite reconstruire l'image dans son intégralité ? Les travaux d'Aurore Avarguès-Weber et de Martin Giurfa du Centre de recherches sur la cognition animale (CNRS/Université Toulouse III - Paul Sabatier) montrent que, contrairement à la plupart des animaux étudiés, les abeilles préfèrent compter sur la forme générale. Tout comme les humains, elles utilisent en priorité l'image globale. Cette étude est publiée le 3 décembre dans Proceedings of the Royal Society Biological Sciences. Aurore Avarguès-Weber, premier auteur de l'article, va recevoir une des bourses françaises L'Oréal – UNESCO pour les Femmes et la science pour l'ensemble de ses travaux sur la cognition chez les abeilles.
La perception visuelle a été étudiée en profondeur chez l'Homme et chez divers animaux, notamment des primates, afin de déterminer comment la vision permet de traiter et d'appréhender les images du monde qui nous entoure. Jusqu'à présent, les études indiquaient une différence profonde entre l'Homme et l'animal dans la façon de traiter des images : alors que l'Homme priorise une perception visuelle globale avant les détails, ce qui lui permettrait une reconnaissance plus rapide et efficace des objets, les animaux étudiés suivent en général la stratégie opposée : le détail passe avant la perception globale.
L'abeille dépend fortement de la vision pour naviguer efficacement dans son environnement et pour repérer et reconnaitre aussi bien les fleurs exploitées que sa ruche et ses alentours. Il était donc logique de s'intéresser à la perception visuelle de ce petit insecte. Cette étude, réalisée en collaboration avec des chercheurs australiens, met en évidence une exception à la différence homme/animal généralement observée. Les résultats obtenus montrent que, lorsqu'elles doivent choisir entre utiliser les détails ou la forme globale d'une image pour reconnaître une source de nourriture, les abeilles préfèrent se servir de la forme globale.
Les chercheurs ont utilisé des stimuli dits hiérarchiques, c'est-à-dire des images comportant deux niveaux d'analyse : une forme géométrique globale constituée par plusieurs éléments plus petits ayant une forme différente. Les abeilles ont été entraînées à rentrer dans un labyrinthe en forme de Y où elles doivent choisir entre deux images situées à chacune des branches, comme par exemple un triangle (forme globale) construit avec des petits disques (détails) d'une part et un carré construit avec des losanges d'autre part. Le choix d'un des stimuli était récompensé avec une gouttelette de sucre et l'autre pas.
Une série de tests a tout d'abord montré que les abeilles ont appris à reconnaître l'image permettant d'obtenir le sucre (triangle fait de disques) et qu'elles sont capables de percevoir et d'utiliser aussi bien les formes globales que les détails. Elles ont ensuite été confrontées à un choix problématique entre un triangle (information correcte) construit avec des losanges (information incorrecte) et un carré (information incorrecte) construit de disques (information correcte). Dans les deux cas, il y a présence d'une information correcte et d'une information incorrecte en conflit avec la mémoire de l'abeille. Face à ce dilemme, les abeilles ont préféré choisir le triangle et donc se fier à l'information globale plutôt qu'aux détails, de la même façon que nous le ferions.
Encore plus intéressant, ces travaux montrent aussi que les abeilles ont la capacité de faire évoluer leur choix suivant leur expérience individuelle, montrant ainsi une étonnante faculté d'adaptation de leur vision. Ainsi, si les abeilles sont entrainées avec des images simples (par exemple un seul petit disque) et récompensées pour leur attention aux détails, elles inverseront par la suite leur préférence. Du fait de leur capacité d'apprentissage, ces abeilles-là choisiront de se fier plutôt aux détails qu'à une information globale : elles considèrent que les détails sont plus informatifs que la forme générale de l'image car ils ont été utilisés comme indicateur de la présence de sucre auparavant.
Analyse visuelle globale et contrôle de l'attention ne sont donc pas des prérogatives humaines mais existent bel et bien chez l'abeille. Le défi futur reste de comprendre les mécanismes neuronaux qui confèrent de telles facultés à cet insecte, là où des structures cérébrales infiniment plus complexes semblent requises chez les humains.

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Actualités scientifiques

La profonde réorganisation des réseaux cérébraux dans le coma
Paris, 29 novembre 2012

6mis à jour le 29/11/2012
Des chercheurs de l'Inserm et du CNRS à l'Université Joseph Fourier de Grenoble, en collaboration avec des chercheurs de l'Université de Cambridge et de Strasbourg, et des cliniciens du CHU de Strasbourg, ont analysé les données de 17 patients dans le coma à partir des données d'IRM fonctionnelle. Ils ont pu mettre en évidence, chez ces patients, une réorganisation des réseaux cérébraux. Ces résultats, parus dans la revue PNAS datée du 26 novembre 2012, pourraient aider les cliniciens dans l'élaboration du diagnostic en cas de coma.
Les chercheurs se sont penchés sur l'analyse des réseaux cérébraux de patients cérébrolésés (non traumatisés) dans le coma, un état où la personne est considérée comme inconsciente.
Les auteurs de l'étude ont employé une méthodologie originale, basée sur la théorie des graphes, des images construites à partir de données d'IRM fonctionnelle au repos et à l'aide de méthodes robustes de traitement statistique du signal. Des index d'efficacité locale et globale des réseaux cérébraux fonctionnels ont été obtenus chez 17 patients cérébrolésés, et chez 20 volontaires sains. Les corrélations de 417 régions cérébrales ont été extraites afin de réaliser les graphes de connexions cérébrales à partir des corrélations statistiquement significatives.
Les chercheurs du CNRS au "GIPSA lab", de l'unité Inserm 836 "Grenoble Institut des neurosciences" et du Behavioural and Clinical Neuroscience Institute à Cambridge, en collaboration avec des cliniciens du CHU de Strasbourg, ont pu mettre en évidence chez les patients cérébrolésés (non traumatisés) dans le coma, une réorganisation des réseaux cérébraux.
Les résultats montrent que la connectivité cérébrale globale est conservée chez les patients dans le coma en comparaison avec les volontaires sains. En analysant la connectivité au niveau local, les auteurs de l'étude ont observé que certaines régions cérébrales fortement connectées (appelées "hubs") chez les volontaires sains, sont plus faiblement connectées chez les patientsdans le coma. Et inversement, des régions moins densément connectées du réseau chez le sujet sain deviennent des "hubs" chez les patients dans le coma.

Représentations cérébrales obtenues à partir des graphes de connectivité

© Sophie Achard - Petra Vertes
La méthode des graphes de connectivité permet de résumer les données acquises par l'IRMf en une seule image. Elle traduit l'efficacité des connexions d'une région par rapport à toutes les autres. Le regroupement des régions les plus connectées entre elles, fait apparaître des modules (représentés chacun par une couleur différente). Patients et volontaires sains présentent tous deux des modules différents dans leur localisation spatiale qui traduisent les profondes altérations dans les connexions cérébrales.
Selon une hypothèse en cours, les troubles de la conscience chez les patients en état de coma persistant seraient liés à des phénomènes de déconnexions entre certaines régions corticales, en particulier le précunéus. Les résultats de ces travaux vont dans ce sens. "La topologie des connexions cérébrales a bien résisté d'un point de vue global au traumatisme en réorganisant les régions les plus connectées du réseau. Il semble donc que le coma puisse être lié à des changements dans la localisation des "hubs" parmi les réseaux cérébraux", suggère Chantal Delon Martin, chargée de recherche à l'Inserm.
L'évaluation des lésions cérébrales et le coma
Le patient peut traverser différents états cliniquement définis lorsqu'il présente des lésions cérébrales: l'état végétatif caractérisé par la préservation du cycle éveil-sommeil (ouverture des yeux spontanée, respiration autonome…) ; l'état de conscience minimale témoignant d'une certaine conscience de l'environnement (capacité de suivre des yeux, réagir à une stimulation) ; le syndrome de verrouillage ("locked in" syndrome) où le patient est paralysé mais conscient (il communique avec les yeux) ; la mort cérébrale lorsque le coma est irréversible (électroencéphalogramme plat, absence de flux sanguin).
Le coma (du grec κῶμα kôma signifiant « sommeil profond ») est un de ces différents états où l'on observe une abolition de la conscience de soi et du monde extérieur, qui survient suite à un accident (cérébral, cardiaque, ...). Il existe deux phases de coma : la phase de coma dite "aigüe" (quelques jours après l'accident) et la phase dite "chronique" (au-delà d'un mois). La réorganisation cérébrale a été observée par les chercheurs lors de la phase "aigüe", lors de laquelle on ne sait pas vers quel type de coma le patient va évoluer.
L'évaluation des lésions cérébrales chez les patients dans le coma se fait actuellement par l'examen clinique, l'IRM morphologique, les potentiels évoqués et par le SPECT (Tomodensitométrie par émission photonique) ou la TEP (Tomographie par émission de positons). "Les résultats de cette étude pourraient aider les cliniciens dans l'élaboration difficile du diagnostic des patients dans le cas de coma car cette méthode permet de caractériser chaque patient individuellement", concluent les chercheurs.

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