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La structure fine du ribosome humain dévoilée

Posted on 23 avril 201516 août 2022 by Priscille Rivière

Une équipe de l’Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC – CNRS/Université de Strasbourg/Inserm) vient de mettre en évidence, à l’échelle atomique, la structure tridimensionnelle du ribosome humain complet et les interactions fines qui y ont lieu. Ces résultats, obtenus grâce à une technologie unique en France, ouvrent la voie à de nouvelles explorations sur certains effets secondaires des antibiotiques et, à terme, pour le traitement de maladies liées aux dysfonctionnements du ribosome et à la dérégulation de la synthèse des protéines. Ces travaux sont publiés dans Nature le 22 avril 2015.

Les ribosomes sont de grands complexes constitués de protéines et d’ARN repliés ensemble qui, au sein des cellules de tous les êtres vivants, interviennent comme des nano-machineries moléculaires dans l’expression des gènes et la bio-synthèse des protéines. La structure des ribosomes de différentes espèces était déjà précisément connue à l’échelle atomique, mais déterminer celle particulièrement complexe du ribosome humain restait un défi majeur à relever.

L’équipe de Bruno Klaholz, à l’IGBMC (CNRS/Université de Strasbourg/Inserm) vient de visualiser la structure atomique du ribosome humain complet avec une résolution supérieure à 3 angströms (0,3 nanomètres). Le modèle obtenu représente les 220 000 atomes qui constituent les deux sous-unités du ribosome et permet, pour la première fois, d’explorer son agencement en détail, de voir et d’identifier les différents acides aminés et nucléotides en 3 dimensions. Les chercheurs se sont plus particulièrement intéressés aux différents sites de liaison et aux interactions fines qui y ont lieu. Leurs travaux révèlent par exemple qu’après avoir livré les acides aminés qu’ils transportaient, les ARN de transfert continuent à interagir avec le ribosome dans un site particulier (le site de sortie des ARNt). Ils mettent également en lumière la dynamique des deux sous-unités du ribosome qui tournent légèrement sur elles-mêmes au cours du processus de bio-synthèse des protéines, entrainant un fort remodelage de la configuration 3D de la structure à leur interface.

Ces résultats ont été rendus possibles par un ensemble de technologies de pointe. Les échantillons, hautement purifiés puis congelés, ont été visualisés par cryo-microscopie électronique. Cette méthode permet de travailler sur des objets figés dont l’orientation ne change pas et dont la structure et les fonctions biologiques sont préservées. Une combinaison de traitement d’images et de reconstruction 3D appliquée aux images obtenues par le cryo-microscope électronique nouvelle génération de l’IGBMC – unique en France – a abouti à ce degré de précision rare.

Cette connaissance fine de la structure et de la dynamique du ribosome humain complet ouvre la voie à de nouvelles explorations majeures. Il est désormais envisageable d’étudier les effets secondaires de certains antibiotiques, destinés à s’attaquer aux ribosomes bactériens, qui peuvent cibler « par erreur » le ribosome humain. La constitution d’un répertoire des sites de liaison existants est une première étape pour augmenter la spécificité des molécules thérapeutiques et éviter qu’elles ne se fixent au mauvais endroit. A terme, ces résultats pourront également être utilisés pour la mise au point de traitement de maladies liées aux dysfonctionnements du ribosome et à la dérégulation de la synthèse des protéines. Dans le cas des cancers par exemple, pouvoir cibler les ribosomes des cellules malades permettrait de réduire leurs taux de synthèse de protéines.

Exemple d’éléments tridimensionnels qui ont pu être distingués au sein de la structure atomique du ribosome humain complet (en encadré). La résolution (de l’ordre de l’angström) permet de déterminer s’il y a interaction ou non entre les différents éléments. © H. Khatter, A.G. Myasnikov, S. K. Natchiar & B.P. Klaholz

Ostéoporose : comment préserver l’équilibre entre formation et destruction de l’os ?

Posted on 3 février 201516 août 2022 by Priscille Rivière

La plupart des traitements actuels contre la perte osseuse pathologique suppriment les ostéoclastes, les cellules destructrices de l’os, afin de limiter la dégradation osseuse. Toutefois, ils empêchent également la formation osseuse, celle-ci étant stimulée par la présence des ostéoclastes. Des chercheurs du CNRS, de l’Inserm et des universités de Montpellier et de Jean Monnet – Saint-Etienne[1] ont développé une nouvelle approche afin d’empêcher l’activité des ostéoclastes sans affecter leur viabilité. Cette dernière consiste à désorganiser le système d’ancrage sur l’os des ostéoclastes, à l’aide d’un petit composé chimique, C21. Ce traitement innovant permet de protéger les souris de la perte osseuse caractéristique de maladies ostéolytiques[2] comme l’ostéoporose post-ménopausique, la polyarthrite rhumatoïde et les métastases osseuses, ceci sans que la formation osseuse soit affectée. Ces travaux sont publiés le 3 février 2015 dans Nature communications.

Culture d’ostéoclastes – Culture in vitro d’ostéoclastes sur un substrat osseux, avec des cellules médullaires (moelle osseuse). © Inserm/Boivin, Georges

L’os est un tissu très dynamique, se détruisant et se reconstruisant en permanence. Ce dynamisme est assuré grâce à une bonne coordination entre les cellules qui détruisent le « vieil » os, les ostéoclastes, et celles qui le reconstruisent, les ostéoblastes. Dans le cas de certaines maladies, la destruction de l’os par les ostéoclastes prend le dessus sur la formation osseuse par les ostéoblastes. L’enjeu pour les chercheurs est donc de contrôler l’activité des ostéoclastes pour éviter une trop grande destruction de l’os conduisant à l’ostéoporose. Or, l’activité des ostéoblastes est stimulée par la présence des ostéoclastes. Il est donc essentiel de trouver des traitements contre l’ostéoporose qui empêchent l’activité des ostéoclastes sans affecter leur viabilité.

Pour détruire l’os, les ostéoclastes utilisent des structures cellulaires particulières, les podosomes, organisés en anneau grâce au cytosquelette d’actine. Ces derniers agissent comme des « boutons pressions » entre l’os et l’ostéoclaste en formant une « ventouse » au sein de laquelle l’os est dégradé. Les chercheurs ont démontré que le facteur d’échange[3] Dock5 active une petite enzyme, la GTPase Rac, pour organiser le cytosquelette d’actine et permettre la formation de l’anneau de podosomes. En utilisant plusieurs modèles de souris présentant différentes situations de perte osseuse pathologique (ostéoporose post-ménopausique, polyarthrite rhumatoïde et métastases osseuses), les scientifiques ont révélé que l’administration d’un composé synthétique nommé C21, qui inhibe Dock5, empêche l’activité des ostéoclastes en bloquant l’effet « ventouse » qui leur permet de dégrader l’os. Les ostéoclastes restant présents, le maintien de la formation osseuse pendant le traitement est assuré.

Ces résultats valident ainsi, chez la souris, l’inhibition pharmacologique de Dock5 comme une nouvelle voie thérapeutique. Les chercheurs souhaitent désormais développer de nouveaux composés inhibiteurs de Dock5, autres que C21, afin de continuer à lutter contre les maladies ostéolytiques tout en préservant la formation osseuse.

[1] Du Centre de recherche de biochimie macromoléculaire (CNRS/Université de Montpellier), du Laboratoire d’enzymologie et biochimie structurale (CNRS), de l’Institut de recherche en cancérologie de Montpellier (Inserm/Université de Montpellier) et du Laboratoire de biologie intégrative du tissu osseux (Inserm/Université Jean Monnet – Saint-Étienne).

[2] Maladies liées à la destruction du tissu osseux.

[3] Protéine impliquée dans la cascade de réaction qui permet d’activer l’enzyme GTPase.

Maladie de Huntington : le potentiel thérapeutique de la triheptanoïne confirmé

Posted on 7 janvier 201516 août 2022 by Priscille Rivière

Une équipe de chercheurs de l’Inserm dirigée par Fanny Mochel et située à l’Institut du cerveau et de la moelle épinière (Inserm/CNRS/UPMC/AP-HP) vient de démontrer le potentiel thérapeutique de la triheptanoïne chez dix patients atteints de la maladie de Huntington. Les dérivés de ce triglycéride de composition unique, en améliorant le métabolisme énergétique du cerveau, pourraient ralentir l’évolution de la maladie. Ces travaux sont publiés dans la revue Neurology.

Etude de la maladie de Huntington. Image de microscopie à balayage de la couche épendymaire d’une souris modèle de la maladie de Huntington. © Inserm/Saudou, Frédéric

La maladie de Huntington est une maladie génétique qui touche environ 5 000 personnes en France auxquelles s’ajoutent 10 000 individus à risque. La mutation du gène codant pour la protéine Huntingtine a pour conséquence une dégénérescence progressive des neurones, en particulier les régions impliquées dans le contrôle du mouvement, entrainant ainsi des problèmes neurologiques, moteurs, cognitifs et psychiatriques importants. Une perte de poids est également constatée chez les patients à un stade précoce de la maladie malgré des apports alimentaires normaux voir augmentés. Ces deux observations (dégénérescence des neurones et perte de poids) ont conduit les chercheurs à émettre l’hypothèse d’un défaut énergétique chez ces patients qui pourrait jouer un rôle important dans le déclenchement et la progression des symptômes de la maladie.

Pour valider cette hypothèse, les chercheurs devaient réussir à mesurer les fluctuations énergétiques dans le cerveau en fonction de certains états d’activation cérébrale. Pour cela, il leur a fallu mettre au point des technologies permettant de doser des composés reflétant le fonctionnement énergétique du cerveau de façon dynamique.

« On s’est aperçu que les variations du rapport de concentration entre deux composés énergétiques riches en phosphore (Pi/PCr) traduisaient parfaitement ce dysfonctionnement énergétique cérébral » explique Fanny Mochel qui a coordonné ce travail.

D’un point de vue pratique, la mesure de ce rapport a été réalisée par spectroscopie par RMN[1]. Tout en enregistrant leur production énergétique cérébrale, il a été demandé à neuf patients et treize volontaires sains de réaliser un “effort” cérébral simple conduisant leur cerveau à consommer de l’énergie. Pour cela, ils ont été soumis à un stimulus visuel sous forme d’un damier clignotant pendant quelques minutes.

Le rapport Pi/PCr était clairement diminué chez les malades comparés aux personnes contrôles traduisant une altération de leur métabolisme cérébral à faire face à cet effort. Une fois ce biomarqueur validé, les chercheurs ont alors eu la possibilité de tester l’efficacité de traitements potentiels pour rétablir un métabolisme cérébral correct.

Un essai clinique pilote…

Dix patients atteints de la maladie de Huntington ont pris pendant un mois, un traitement à base de triheptanoïne, un triglycéride (sous forme d’huile à ingérer au cours des repas) afin d’améliorer leur métabolisme énergétique cérébral. A la fin de cet essai thérapeutique, leur profil énergétique était normalisé. Le choix de ce traitement ne s’est pas fait au hasard, puisqu’il avait déjà fait ses preuves chez des malades atteints de maladies rares incapables d’utiliser certains lipides présents dans l’alimentation. L’idée était de compenser le dysfonctionnement énergétique généralisé par un apport supplémentaire de métabolites spécifiques capables de ré-enclencher le bon fonctionnement énergétique de l’organisme. La nouveauté de l’approche proposée par le Dr Mochel est d’appliquer ce concept de traitement énergétique à des pathologies touchant le cerveau comme la maladie de Huntington.

… Avant un essai à plus large échelle.

Sur la base de ces résultats, les chercheurs vont initier en début d’année 2015 une étude en France et aux Pays-Bas, en double aveugle d’une durée d’un an chez une centaine de patients avec comme critères d’évaluation des paramètres cliniques et d’imagerie.

“La complexité de la maladie nous oblige à concevoir des approches thérapeutiques complémentaires de façon à cibler différentes facettes de la maladie : génétique, métabolique, inflammatoire, etc. Utilisées ensemble, ces approches auront probablement les meilleures chances de succès comme c’est le cas dans d’autres pathologies plus fréquentes.” conclut Fanny Mochel.

Ces résultats, protégés par des brevets, ont récemment fait l’objet d’un accord de concession de licence négocié et signé par l’ICM (Institut du Cerveau et de la Moelle Épinière) et Inserm Transfert avec la société américaine Ultragenyx qui va lancer une nouvelle étude clinique dans le domaine de la maladie de Huntington.

[1] La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est une méthode non invasive d’étude de la biochimie et du métabolisme du système nerveux central. Elle permet la quantification précise de plusieurs dizaines de molécules. (Source CEA)

Un mécanisme d’élimination des protéines localisées par erreur dans le noyau cellulaire

Posted on 17 décembre 201416 août 2022 by Priscille Rivière

Une collaboration internationale coordonnée par le Centre allemand de recherche contre le cancer (Université d’Heidelberg), associant en France des chercheurs de l’Institut de Génétique et Développement de Rennes (CNRS/Université de Rennes 1) sous la direction de Gwenaël Rabut, chercheur à l’Inserm, ainsi que des équipes suédoise et canadienne vient de mettre en évidence un nouveau mécanisme moléculaire qui permettrait aux cellules de détruire les protéines localisées par erreur dans leur noyau. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature.

Les processus biologiques sont loin d’être parfaits. Malgré des millions d’années de perfectionnement, les mécanismes moléculaires qui assurent le fonctionnement des êtres vivants font de nombreuses erreurs qui, si elles ne sont pas détectées et corrigées, peuvent avoir de graves conséquences. Par exemple, de nombreux cancers ont pour origine des erreurs de copie de notre matériel génétique. De même, un mauvais repliement de certaines protéines neuronales entraîne la formation d’agrégats toxiques qui perturbent le fonctionnent du système nerveux et provoquent des maladies neurodégénératives, comme Alzheimer ou Parkinson.

Pour éviter d’en arriver là, les cellules ont mis en place des mécanismes moléculaires complexes qui contrôlent la qualité des protéines et éliminent celles qui sont défectueuses. Ces mécanismes sont localisés et mis en œuvre principalement dans le cytoplasme (compartiment des cellules où les protéines sont synthétisées).
En travaillant sur plusieurs facteurs impliqués dans le contrôle de qualité des protéines, les chercheurs se sont aperçus que certains d’entre eux étaient également localisés dans le noyau des cellules (le compartiment qui renferme le matériel génétique) et qu’ils permettaient de dégrader des protéines anormalement présentes dans ce compartiment.

Lors de cette étude, les chercheurs de l’Institut de génétique et de développement de Rennes (dont Gwenaël Rabut, chercheur Inserm, coordinateur et responsable du projet à Rennes et Ewa Blaszczak, doctorante, co-première auteure de l’article) ont pu observer que ces facteurs impliqués dans le contrôle de qualité des protéines interagissaient entre eux au niveau du noyau et qu’ils entraînaient l’ubiquitylation (l’étape précédant la dégradation) d’une protéine localisée par erreur dans le noyau.

En utilisant une méthode d’observation basée sur un décalage de fluorescence des protéines d’intérêt développée à l’Université d’Heidelberg, les chercheurs ont pu identifier une vingtaine de protéines dont la dégradation dépendait des facteurs de contrôle de la qualité localisés dans le noyau. Comme plusieurs de ces protéines sont normalement localisées dans le cytoplasme, et qu’elles s’accumulent au niveau du noyau lorsqu’elles ne sont plus dégradées, les chercheurs proposent que ce système de contrôle de qualité serve à éliminer non seulement des protéines défectueuses, mais aussi les protéines localisées par erreur dans le noyau.

Ces découvertes ont été réalisées en utilisant un organisme modèle, la levure de boulanger, mais il est vraisemblable que des mécanismes similaires existent également chez l’homme.

Des virus pirates pris à leur propre piège ?

Posted on 20 novembre 201416 août 2022 by Priscille Rivière

Pour infecter une cellule hôte et se multiplier, certains virus comme celui de l’hépatite C infiltrent les ribosomes, véritables usines d’assemblage des protéines présentes dans chacune de nos cellules. Les protéines virales sont ainsi produites au détriment des protéines cellulaires. Des scientifiques strasbourgeois ont démontré que l’un des 80 composants du ribosome est indispensable à l’infection par certains virus sans être essentiel au fonctionnement normal des cellules. Cette découverte, qui pourrait déboucher sur le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques, a été réalisée par des chercheurs du laboratoire Réponse immunitaire et développement chez les insectes (CNRS) et de l’Institut de recherche sur les maladies virales et hépatiques (Inserm/Université de Strasbourg)¹, avec notamment le soutien de l’ANRS. Elle fait l’objet d’une publication dans la revue Cell le 20 novembre 2014.

Une infection virale peut être traitée en bloquant certains constituants du virus. Cependant, ceux-ci sont bien moins nombreux que les protéines cellulaires de l’hôte avec lesquelles ils interagissent. De plus ces facteurs mutent beaucoup plus facilement et échappent ainsi aux traitements. C’est pourquoi les virologistes cherchent à mettre au point des antiviraux ciblant ces protéines (ou facteurs) cellulaires. Seul bémol, mais de taille : les facteurs ciblés par cette stratégie jouent souvent un rôle important dans la cellule, entraînant des effets secondaires.

Dans cette optique, un groupe de chercheurs strasbourgeois a identifié un constituant cellulaire prometteur, baptisé RACK1, faisant partie du ribosome, sorte d’usine cellulaire où sont assemblées les protéines. RACK1 pourrait devenir la cible de nouveaux types de traitements antiviraux puisqu’il s’est révélé nécessaire à l’infection des cellules par certains virus, mais non essentiel pour le fonctionnement normal des cellules.

Véritable chaîne de montage, le ribosome assemble les acides aminés selon un enchaînement dicté par le message génétique (contenu dans les molécules d’ARN messager). La stratégie employée par de nombreux virus pour se multiplier consiste à infiltrer le ribosome de la cellule infectée de manière à forcer la fabrication de leurs propres protéines, au détriment des protéines cellulaires. Ainsi, ils fabriquent de nouvelles particules virales, qui iront infecter d’autres cellules… Ces travaux montrent que, parmi les quelques 80 sous-unités qui composent le ribosome, RACK1 constitue une porte d’entrée pour plusieurs virus, dont celui de l’hépatite C. Plus remarquable : la plupart des ARN messagers cellulaires peuvent être traduits en protéines dans un ribosome sans RACK1, alors que cette sous-unité est indispensable à la traduction des ARN – et donc à la propagation – de certains virus.

Les chercheurs ont réalisé cette découverte en travaillant sur la mouche du vinaigre (Drosophila melanogaster). Des mouches adultes dépourvues de RACK1 survivent normalement, tout en ne pouvant plus être infectées par certains virus d’insectes. Le même constat a été fait sur des cellules humaines en culture : l’absence de RACK1 ne compromet pas leur survie ni leur multiplication, mais empêche l’infection par le virus de l’hépatite C. Et ceci pourrait être valable pour d’autres virus ayant la même stratégie de piratage des cellules² (virus de la polio, de la fièvre aphteuse, entérovirus…).

Cette découverte ouvre donc de nouvelles perspectives thérapeutiques basées sur le blocage de ce point de connexion du virus sur le ribosome de la cellule. Le fait que ce mécanisme soit utilisé par des virus de nature très différente permet d’envisager la mise au point de traitements à large spectre d’action applicables aux infections virales des insectes, des animaux et de l’homme.

Cependant, si la protéine RACK1 est conservée chez des espèces aussi différentes que la drosophile et l’homme, elle n’est sans doute pas complètement inutile pour ces organismes. De fait, si les adultes sont viables, les larves de drosophiles et les embryons de souris dépourvus de RACK1 ne peuvent dépasser un certain stade de développement. Cela signifie que certains ARN messagers cellulaires, utilisés dans des situations particulières, ont besoin de RACK1 pour leur traduction. Décrypter les conditions dans lesquelles RACK1 est utile aux cellules est donc fondamental avant de pouvoir l’utiliser comme cible thérapeutique.

Au niveau fondamental, ces résultats montrent que la traduction des ARN en protéines est plus complexe qu’on ne le pensait. Ils ouvrent des perspectives pour comprendre « le code ribosome » (se superposant au code génétique et aux autres mécanismes de régulation de l’expression des gènes) : selon la composition et la structure du ribosome, certains ARN seraient sélectivement traduits, d’autres non. Les indices en faveur d’un tel code s’accumulent… reste à le décrypter.

Ces travaux ont notamment bénéficié du soutien de l’ANRS (France REcherche Nord&sud Sida-hiv Hépatites), de la FRM (fondation pour la recherche médicale), de la Fondation ARC pour la recherche sur le cancer et de l’Institut Hospitalo-Universitaire de Strasbourg Mix-Surg.

¹ en collaboration avec les laboratoires Architecture et réactivité de l’ARN (CNRS) et Spectrométrie de masse biologique et protéomique (CNRS/ESPCI ParisTech).

² Ces virus ont évolué afin de contourner les stratégies antivirales des cellules. Leurs ARN contiennent un motif interne (appelé IRES : internal ribosome entry site) qui recrute les ribosomes.

Préparation de virus DCV (Drosophila C virus), utilisés dans l’étude. © Jean-Luc Imler

Cette image est disponible à la photothèque du CNRS, cubgbgurdhr@paef.se.

Une étape clé des réactions allergiques dévoilée

Posted on 14 octobre 201416 août 2022 by Priscille Rivière

En étudiant le mode d’action de la protéine interleukine-33, un signal d’alarme pour les globules blancs, une équipe de l’Institut de pharmacologie et de biologie structurale (IPBS – CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier) a pu mettre en évidence des formes tronquées de cette protéine qui fonctionnent comme de puissants activateurs des cellules à l’origine des réactions allergiques. Cette avancée majeure dans la compréhension des mécanismes de l’allergie pourrait avoir des applications importantes pour le traitement de l’asthme et des autres maladies allergiques telles que l’eczéma et la rhinite allergique. Ces travaux codirigés par Corinne Cayrol, chercheur CNRS, et Jean-Philippe Girard, directeur de recherche Inserm sont publiés dans la revue PNAS du 13 octobre 2014.

L’interleukine-33 (IL-33), découverte en 2003 par l’équipe de Jean-Philippe Girard, est une protéine de la famille des interleukines, des messagers solubles qui permettent aux cellules du système immunitaire de communiquer entre elles et qui ont un rôle majeur dans l’inflammation des tissus. Cette protéine, stockée dans les vaisseaux sanguins, les poumons, la peau ou l’intestin n’est libérée qu’en cas de dommage cellulaire. Elle agit comme un signal d’alarme qui prévient l’organisme lors d’un traumatisme ou d’une infection en stimulant de nombreuses cellules du système immunitaire.

Depuis plusieurs années, les chercheurs s’efforcent de comprendre comment l’activité de l’interleukine-33 est régulée. Ils ont découvert que la protéine est libérée par les cellules endommagées et qu’elle est par la suite tronquée par des enzymes sécrétées par les mastocytes, des globules blancs qui jouent un rôle prépondérant dans l’allergie. Ces formes tronquées se sont avérées être 30 fois plus puissantes que la forme originelle de l’interleukine-33 en amplifiant le signal d’alerte auprès du système immunitaire.

Les chercheurs ont mis en évidence que ce signal surpuissant a la capacité d’alerter des cellules apparentées aux lymphocytes, les cellules lymphoïdes innées de type 2 (ILC2). Ces cellules jouent un rôle clé dans l’allergie en déclenchant les réactions en chaîne responsables des symptômes allergiques de l’asthme, de l’eczéma ou de la rhinite allergique.

Empêcher la production des formes tronquées de l’interleukine-33 afin de réduire les réactions allergiques causées par les ILC2 représente donc pour les chercheurs une stratégie prometteuse pour le traitement de l’asthme et des autres maladies allergiques.

Ces travaux sont notamment financés par l’Agence Nationale pour la Recherche (ANR), la Fondation ARC et la Fondation pour la Recherche Médicale (FRM)colo

Des lipides au service du cerveau

Posted on 7 août 201416 août 2022 by Priscille Rivière

Consommer des huiles riches en acides gras polyinsaturés, notamment en « oméga 3 », est bénéfique pour notre santé. Mais les mécanismes expliquant ces effets sont mal connus. Des chercheurs de l’Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire (CNRS/Université Nice Sophia Antipolis), de l’unité Compartimentation et dynamique cellulaires (CNRS/Institut Curie/UPMC) de l’Inserm et de l’université de Poitiers¹ se sont intéressés à l’effet de lipides portant des chaînes polyinsaturées lorsqu’ils sont intégrés dans les membranes de cellules. Leur étude montre que la présence de ces lipides les rend plus malléables et ainsi beaucoup plus sensibles à l’action de protéines qui les déforment et les découpent. Ces résultats, publiés le 8 août 2014 dans la revue Science, offrent une piste pour expliquer l’extraordinaire efficacité de l’endocytose² dans les cellules neuronales.

©Inserm/Barelli Hélène

La consommation d’acides gras polyinsaturés (comme les acides gras « oméga 3 ») est bénéfique pour la santé. Ces effets vont de la différentiation neuronale à la protection contre l’ischémie cérébrale³. Les mécanismes moléculaires responsables de leurs effets sont cependant assez mal compris. Les chercheurs se sont donc penchés sur le rôle de ces acides gras dans le fonctionnement de la membrane des cellules.

Pour assurer le bon fonctionnement d’une cellule, sa membrane doit pouvoir se déformer et se découper pour former des petites vésicules. Ce phénomène est appelé « endocytose ». De manière générale ces vésicules permettent aux cellules d’encapsuler des molécules et de les transporter. Au niveau des neurones, ces vésicules dites synaptiques vont jouer le rôle de courroie de transmission à la synapse pour le message nerveux. Elles sont formées à l’intérieur de la cellule, puis se déplacent vers son extrémité et fusionnent avec sa membrane, afin de transmettre les neurotransmetteurs qu’elles contiennent. Elles sont ensuite reformées en moins d’un dixième de seconde : c’est le recyclage synaptique.

Dans ces travaux à paraître dans Science, les chercheurs montrent que des membranes cellulaires ou artificielles riches en lipides polyinsaturés sont beaucoup plus sensibles à l’action de deux protéines, la dynamine et l’endophiline qui déforment et découpent les membranes. D’autres mesures de l’étude et des simulations suggèrent que ces lipides rendent aussi les membranes plus malléables. En facilitant les étapes de déformation et de scission nécessaires à l’endocytose, la présence des lipides polyinsaturés pourrait expliquer la rapidité du recyclage des vésicules synaptiques.

L’abondance de ces lipides dans le cerveau pourrait ainsi représenter un avantage majeur pour les fonctions cognitives.

Ces travaux lèvent partiellement le voile sur le mode d’action des omégas 3. Quand on sait que notre organisme ne sait pas les synthétiser et que seule une nourriture adaptée (riche en poisson gras etc.) nous en fournit, il semble important de poursuivre ces travaux pour comprendre le lien entre les fonctions que ces lipides assurent au niveau de la membrane neuronale et leurs effets bénéfiques pour la santé.

Membranes contenant des lipides monoinsaturés (à gauche) et polyinsaturés (à droite) après addition de dynamine, d’endophiline. En quelques secondes les membranes riches en lipides polyinsaturés subissent de multiples fissions.© Mathieu Pinot

Endocytose de transferrine (transport du fer) dans des cellules contenant des lipides polyinsaturés dans leurs membranes (à droite) par rapport à celle de cellules qui en sont dépourvues (à gauche). En 5 min, le nombre de vésicules d’endocytose formées (transferrine internalisée en rouge) est augmenté de près de 10 fois, reflétant une endocytose facilitée© Hélène Barelli

(1) Cette étude a été réalisée en collaboration avec des équipes du Centre commun de microscopie appliquée (Université Nice Sophia Antipolis) et du laboratoire Signalisation et transports ioniques membranaires (CNRS/Université de Poitiers/Université François Rabelais de Tours).

(2) L’endocytose désigne le processus par lequel les cellules absorbent diverses substances présentes dans le milieu environnant en les encapsulant dans une membrane lipoprotéique. Elle joue un rôle dans diverses fonctions physiologiques.

(3) Voir par exemple les travaux antérieurs de l’Institut de pharmacologie moléculaire et cellulaire sur ce type d’accident vasculaire cérébral : Polyunsaturated fatty acids are potent neuroprotectors ; Lauritzen I, Blondeau N, Heurteaux C, Widmann C, Romey G, Lazdunski M ; EMBO J. (2000) 19:1784-93.

Cancer du col de l’utérus : première résolution 3D d’une oncoprotéine du virus à papillome humain

Posted on 11 février 201316 août 2022 by Priscille Rivière

Des chercheurs strasbourgeois du laboratoire Biotechnologie et signalisation cellulaire de l’École Supérieure de Biotechnologie de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg) et de l’Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS/Université de Strasbourg/Inserm) ont résolu, pour la première fois, la structure tridimensionnelle d’une oncoprotéine majeure, impliquée dans la prolifération cellulaire et à l’origine du développement du papillomavirus humain. Celui-ci, de type 16 (HPV 16), est le plus dangereux de ces virus, responsable des cancers du col de l’utérus. Ces travaux, publiés le 8 février 2013 dans Science, devraient permettre l’identification et l’amélioration de médicaments bloquant les activités tumorigènes de la protéine.

Le cancer du col de l’utérus est l’un des cancers les plus fréquents au monde et le deuxième en termes de mortalité chez la femme. Il est provoqué par les virus à papillome humains (HPV) dits à « haut risque muqueux» (1). Le papillomavirus humain de type 16 (HPV 16) est le plus dangereux. Lorsque le virus HPV infecte une cellule saine, il doit provoquer la multiplication de ces cellules pour se reproduire. Deux de ses protéines, E6 et E7, induisent cette prolifération cellulaire et sont responsables de la prolifération des tumeurs du col de l’utérus, d’où leur nom : “oncoprotéines”.

L’équipe de Gilles Travé, chercheur CNRS au laboratoire Biotechnologie et signalisation cellulaire (CNRS/Université de Strasbourg), en étroite collaboration avec les équipes de Jean Cavarelli et de Bruno Kieffer de l’Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire (CNRS/Université de Strasbourg/Inserm) a résolu, pour la première fois, les structures tridimensionnelles des protéines E6 des virus à papillomes humain de type 16 (HPV 16) ainsi que son équivalent bovin de type 1 (BPV1). La structure de E6 de HPV16 avait déjà été résolue en 2012 (2) par ces mêmes chercheurs sous forme libre mais, cette fois, les protéines E6 sont visualisées en train de capturer des protéines cellulaires cibles.

La structure d’une protéine E6 entière, attendue depuis près de trente ans, n’avait jamais été résolue auparavant car celle-ci est très difficile à produire dans un laboratoire.

Pour ce faire deux processus ont été nécessaires : d’une part la mise au point de techniques permettant d’isoler la protéine E6 et d’autre part l’utilisation combinée de techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN) (3) et de cristallographie (4). Après avoir traité différents problèmes d’agrégation et de purification, les chercheurs ont réussi à produire la protéine E6. Le défi à ce stade était de conserver son repliement (la capacité à s’auto-organiser de la protéine et donc sa fonction biologique). L’acquisition de données de RMN et de cristallographie ont permis d’établir la structure de la protéine E6 à l’aide d’outils informatiques et d’obtenir ainsi sa “photographie” tridimensionnelle à haute résolution.

La structure tridimensionnelle de la protéine E6 capturant sa cible révèle précisément le mécanisme moléculaire de son activité cancérogène et explique aussi l’étonnante capacité de la protéine à détourner, tel un terroriste viral, un grand nombre de fonctions de la cellule infectée.

Au niveau thérapeutique, cette avancée est d’une grande importance dans la lutte contre le cancer du col de l’utérus, car elle devrait permettre l’identification et l’amélioration de médicaments bloquant les activités tumorigènes de la protéine.

E Soleilhac/Inserm

Cellules issues d’un cancer du col de l’uterus (cellules HeLa) traitées pendant 2h avec du paclitaxel, une drogue anti-cancéreuse connue pour bloquer la dépolymérisation des microtubules.

(1) Souche à haut risque : Les virus HPV se classifient à haut risque et à bas risque suivant leur capacité à induire ou ne pas induire le cancer. Les principales souches à haut risque du virus du papillome humain sont les types 16, 18, 31, 33 et 51.

(2) Zanier K, Ould M’hamed Ould Sidi A, Rybin V, Boulade-Ladame C, Rybin V, Chapelle A, Atkinson RA, Kieffer B, Travé G. Solution structure analysis of the HPV16 E6 oncoprotein reveals a self-association mechanism required for E6-mediated degradation of p53. Structure 2012, 20(4):604-617.

(3) Résonance magnétique nucléaire : méthode d’étude des molécules biologiques qui consiste à mesurer les phénomènes de résonance dans le noyau de certains atomes. Elle est utilisée pour connaitre la structure d’une protéine.

(4) Cristallographie : méthode qui permet de connaître la structure atomique d’une protéine sous forme de cristal par diffraction de rayons X.

Le contrôleur du vieillissement de la peau

Posted on 21 janvier 201316 août 2022 by Priscille Rivière

Malgré les progrès de la médecine régénérative, avec l’âge, la peau perd ses propriétés de manière irréversible. L’équipe ATIP-Avenir “Homéostasie et tumorigenèse épidermiques” dirigée par Chloé Féral, chargée de recherche à l’Inserm à l’Institut de recherche sur le cancer et le vieillissement (Inserm/CNRS/Université Sophia Antipolis), vient de définir les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le maintien des cellules de la peau et la cicatrisation cutanée au cours du vieillissement. Ces mécanismes, décrits in vivo chez la souris, font intervenir la molécule CD98hc, un acteur du renouvellement de l’épiderme qui pourrait constituer un indicateur de la capacité de la peau à se régénérer.

Ces travaux sont publiés dans la revue The Journal of Experimental Medicine.

L’épiderme, la couche superficielle de la peau, est composée en majorité de cellules appelées kératinocytes qui se renouvellent continuellement selon un cycle de 21 jours chez l’Homme. Ces cellules reposent sur une membrane constituée de composants de la matrice extracellulaire qui assurent la jonction avec le derme, la couche profonde de la peau (cf. schéma plus bas). Le renouvellement de l’épiderme est assuré par la prolifération et la différenciation cellulaires qui maintiennent l’équilibre des tissus adultes. L’altération de cet équilibre, indispensable au bon fonctionnement des tissus et que l’on appelle “homéostasie”, est responsable des changements physiques associés au vieillissement : flétrissement de la peau dû à la réduction de la prolifération des cellules épidermiques, défaut de cicatrisation en cas de plaies, perte de poils…

L’équipe ATIP-Avenir “Homéostasie et tumorigenèse épidermiques” dirigée par Chloé Féral, chargée de recherche à l’Inserm, a étudié les nombreux facteurs cellulaires impliqués dans le maintien de cet équilibre, en particulier CD98hc, une molécule connue pour son interaction avec des récepteurs en cause dans le vieillissement cutané. Avec l’âge, l’activité du transporteur CD98hc et des intégrines, ces récepteurs liés aux composants de la matrice extra cellulaire, est perturbée. Cependant, les mécanismes impliqués n’avaient jusqu’à présent pas été élucidés.

Dans ce travail, les chercheurs ont montré in vivo chez la souris, que la délétion du gène CD98hc (qui code pour le transporteur CD98hc), perturbe l’équilibre cutané et le processus de cicatrisation. En modifiant la prolifération et la migration des cellules, la délétion de ce gène induit également un défaut du cycle du follicule pileux. Les chercheurs ont décrypté l’ensemble des mécanismes complexes associés à CD98hc, en particulier la dérégulation des intégrines induite par l’absence de cette molécule in vivo. Ils confirment notamment ce qui avait été décrit in vitro : le transporteur d’acides aminés CD98hc module le signal intégrine, essentiel au renouvellement de la peau. Par ce biais, CD98hc participerait activement au renouvellement cutané via le recrutement efficace et massif des cellules épidermiques en cas de besoin (cicatrisation d’une plaie par exemple).

“CD98hc apparait nécessaire au renouvellement rapide et efficace de l’épiderme. La baisse de son expression, constatée in vivo chez la souris âgée, confirme son rôle dans le maintien des tissus, le cycle du follicule pileux et la cicatrisation, perturbés avec l’âge” affirme Chloé Féral. Le statut du transporteur CD98hc in vivo pourrait être un indicateur de la capacité de la peau à se régénérer”, conclut la chercheuse.

Le renouvellement de l’épiderme est assuré par les kératinocytes souches.- Ces derniers possèdent deux propriétés : celle de se diviser activement et celle de se différencier. Chaque kératinocyte donne naissance à deux cellules filles identiques. L’une reste sur place pour se diviser à nouveau tandis que l’autre migre vers la couche supérieure, la couche de différenciation, où elle va donner les différents types de cellules épidermiques.

Vers le développement de substituts du bisphénol A

Posted on 19 septembre 201216 août 2022 by Priscille Rivière

Très présent dans notre environnement domestique, le bisphénol A (BPA) est suspecté d’induire des effets hormonaux chez l’Homme. Des chercheurs de l’Inserm et du CNRS à Montpellier ont étudié au niveau moléculaire les interactions entre le BPA, ses dérivés et le récepteur des estrogènes, une de ses principales cibles. Dans cette étude publiée dans PNAS, les chercheurs décrivent pour la première fois le mode d’action de ce composé à l’échelle moléculaire et présentent un outil bio-informatique capable à la fois de prédire son interaction avec le récepteur en 3D, et d’évaluer les liaisons de potentiels substituts à ce récepteur. Ces résultats permettront à terme d’orienter la synthèse de nouveaux composés conservant leurs caractéristiques industrielles mais dénués de propriétés hormonales.

Le bisphénol A (BPA) est un composé chimique qui entre dans la composition de plastiques et de résines. Il est utilisé par exemple dans la fabrication de récipients alimentaires tels que les bouteilles et biberons. On le retrouve également dans les films de protection à l’intérieur des canettes ou encore sur les tickets de caisse où il est utilisé comme révélateur. De récentes études ont montré que ce composé industriel induit des effets néfastes sur la reproduction, le développement et le métabolisme d’animaux de laboratoires. Le BPA est actuellement fortement suspecté d’avoir les mêmes conséquences sur l’Homme. La fabrication et la commercialisation des biberons produits à base de bisphénol A sont interdits depuis janvier 2011 en Europe. Les études se poursuivent et certaines ont d’ailleurs déjà mis en évidence des taux significatifs de BPA dans le sang, les urines et le placenta humain.

Bien qu’il soit considéré comme un perturbateur endocrinien capable de dérégler certains récepteurs cellulaires en mimant l’action d’hormones naturelles, son mécanisme d’action moléculaire à l’origine de ces effets délétères, restait obscur.

En associant des approches complémentaires de biologie cellulaire et structurale, deux équipes montpelliéraines (Unité 896 Inserm/UM1/CRLC “Institut de recherche en cancérologie de Montpellier” et Unité 1054 Inserm/CNRS/UM1 “Centre de biochimie structurale”) ont montré comment le BPA et ses dérivés interagissent avec le récepteur des estrogènes et modulent son activité.

Les chercheurs ont d’abord montré, par des tests biologiques, que les régions du récepteur activées par la liaison des bisphénols A, AF et C diffèrent de celles activées par l’estradiol, l’hormone qui s’y fixe naturellement. “Ces résultats suggèrent que les bisphénols pourraient ne pas reproduire tous les effets de l’estradiol dans les différents tissus ciblés et soulignent l’importance du choix des tests biologiques dans l’évaluation du caractère “perturbateur endocrinien” des bisphénols”, indiquent Patrick Balaguer et William Bourguet, les deux chercheurs Inserm principaux auteurs de l’étude.

Pour savoir comment les bisphénols se fixent au récepteur des estrogènes, ils ont ensuite caractérisé au niveau atomique l’interaction par cristallographie aux rayons X. Cette technique, qui a recours à des instruments de pointe tels que le synchrotron ESRF de Grenoble, consiste à obtenir un cristal de protéines (ici d’1/10^ème de mm) à partir des composés à analyser et de l’éclairer par un faisceau de rayons X afin d’en déterminer sa structure atomique.

Contrairement aux modèles théoriques conçus à partir de l’analogie avec la structure du récepteur en présence de l’estradiol, le résultat issu de l’analyse cristallographique a permis de visualiser en 3D les structures réelles, très précises du mode de liaison (Figure 1) bisphénol-récepteur. A partir de ces résultats, les chercheurs ont développé un outil bio-informatique capable de prédire les interactions entre les bisphénols et leurs différents récepteurs cibles (récepteurs des estrogènes, des androgènes et le récepteur apparenté au récepteur des estrogènes g).

“Les résultats de notre étude ainsi que les outils cellulaires, biophysiques et bioinformatiques que nous avons mis au point vont permettre d’orienter la synthèse de nouveaux composés conservant leurs caractéristiques industrielles mais dénués de propriétés hormonales”, expliquent Patrick Balaguer et William Bourguet, directeurs de recherche Inserm.

“Nous poursuivons actuellement notre travail pour mettre au jour les structures cristallographiques avec d’autres perturbateurs endocriniens, tels que les alkylphénols, les pesticides, les parabènes ou encore les benzophénones, et ainsi étendre notre programme informatique à ces polluants environnementaux. La mise à disposition de ces résultats devrait également faciliter l’évaluation du caractère “perturbateur endocrinien” de l’ensemble des molécules visées par la réglementation REACH (140 000 composés)“, concluent les chercheurs.

Salle de presse de l'Inserm - Salle de presse de l'Institut national de la santé et de la recherche médicale

Catégorie : Bases moléculaires et structurales du vivant