L’équipe de Nicolas Lévy de l’Université de la Méditerranée (Inserm UMR_S 910 « Génétique Médicale et Génomique Fonctionnelle », Faculté de Médecine de Marseille Timone et AP-HM) a identifié un « mini-gène » dysferline naturellement fonctionnel et démontré son efficacité fonctionnelle in vitro et in vivo. Ce travail mené en collaboration avec l’équipe d’Isabelle Richard (CNRS UMR8587 LAMBE) du laboratoire Généthon ouvre la voie d’une thérapie génique par transfert d’un « minigène » dans les dysferlinopathies, un groupe de dystrophies musculaires. Des travaux publiés le 22 septembre 2010 dans Science Translational Medicine et soutenus par l’AFM grâce aux dons du Téléthon.

Les dysferlinopathies représentent un groupe hétérogène de dystrophies musculaires récessives ayant en commun des anomalies dans le gène de la dysferline, une protéine normalement localisée à la membrane des cellules musculaires où elle joue un rôle essentiel dans les phénomènes de réparation membranaire. Les plus fréquentes de ces maladies sont la dystrophie musculaire des ceintures 2B (LGMD2B) et la myopathie distale de Miyoshi. La première se traduit par une atteinte des muscles des épaules (ceinture scapulaire) et du bassin (ceinture pelvienne) tandis que la seconde touche principalement les extrémités des membres (jambes, pieds, avant-bras, mains). Il n’existe à ce jour aucun traitement curatif pour ces maladies.

C’est en étudiant la physiopathologie des dysferlinopathies à travers la plus grande cohorte mondiale de malades que les chercheurs marseillais ont découvert une patiente présentant une forme tardive et modérée de la maladie malgré une importante délétion du gène. Les chercheurs ont pu démontrer que le « mini-gène » ainsi créé conduisait à la production d’une « mini-dysferline » naturelle, tronquée mais au moins partiellement efficace. La taille du gène normal de la dysferline ne permettant pas de l’inclure dans un vecteur de thérapie génique, les chercheurs ont imaginé exploiter ce phénomène en fabriquant une version raccourcie du gène de la dysferline ne comportant que les séquences codantes observées chez la patiente. Ils ont ensuite transféré ce gène, au moyen d’un vecteur AAV, dans les muscles d’un modèle murin de la maladie. Ils ont alors pu constater la production d’une mini-dysferline dans la membrane des cellules musculaires ainsi que sa capacité à réparer, en partie mais de manière efficace, cette membrane musculaire in vivo.

Pour Nicolas Lévy : « Notre principe est toujours de partir du malade pour revenir au malade. En pratique, c’est l’étude de la maladie et de sa physiopathologie chez nos patients qui nous permet de définir des stratégies thérapeutiques. Ainsi, c’est grâce à l’étude de notre cohorte de patients et à la collaboration active de cliniciens dans le cadre d’un réseau national, que nous avons pu identifier une forme atypique et modérée de dysferlinopathie qui nous a conduits à imaginer cette nouvelle stratégie thérapeutique utilisant un mini-gène. Nous avons démontré son efficacité in vitro et in vivo et il nous faut maintenant poursuivre nos travaux pour pouvoir, à terme, la proposer aux patients. »

En effet, en montrant que la dysferline ne nécessite pas d’être complète pour remplir son rôle principal, l’équipe marseillaise ouvre la voie à de nouvelles perspectives thérapeutiques par transfert de gène ou par saut d’exon pour ce groupe de dystrophies musculaires.

Des chercheurs de l’Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et cellulaire (CNRS / Inserm / Université de Strasbourg) sont parvenus à séquencer « image par image » l’initiation de la transcription de l’ADN, c’est-à-dire la copie de l’ADN en ARN. Le voile vient d’être levé sur une partie des mécanismes de cette étape cruciale. Les résultats de ces travaux, réalisés en collaboration avec une équipe de l’Université américaine Vanderbilt (Nashville, Tennessee), sont publiés le 17 juin dans la revue Nature.

© G Papai/IGBMC La structure du facteur de transcription TFIID obtenue après analyse d’image est représentée en jaune sur un fond d’image de cryomicroscopie électronique montrant les molécules hydratées congelée en gris sombre. L’activateur de transcription Rap1 (rouge) interagit avec le facteur TFIIA (bleu) et contribue à former une boucle d’ADN (vert).

© P. Schultz, IGBMC

Qu’est ce que la cryomicroscopie électronique ?

Dans les organismes vivants, les molécules biologiques se trouvent dans un environnement aqueux qu’il faut conserver lors de leur observation. Mais pour « voir » des molécules, celles-ci doivent être placées dans un microscope électronique qui fonctionne sous vide et déshydrate l’échantillon. La solution, mise au point dans les années 1980, consiste à conserver l’hydratation du spécimen par le froid et à l’observer par cryo microscopie électronique. Pour être transparent aux électrons, un film très mince d’environ 100 nm (soit un dix millième de millimètre d’épaisseur) de la suspension contenant l’échantillon à analyser doit être formé (bleu clair en figure A). Ce film est refroidi très rapidement (de l’ordre de 10.000°C par seconde) en le plongeant dans de l’éthane liquide refroidi à – 170°C. Cette vitesse de congélation empêche la formation de cristaux de glace et l’échantillon (jaune en figure A) est emprisonné dans une couche d’eau vitreuse. La chaîne du froid doit être maintenue durant toute la durée de l’observation grâce à une platine froide. Les molécules (gris sombre en figure B) sont hydratées et observées sans agent de contraste.

Tout au long de la vie, des mécanismes de réparation de l’ADN sont mis en œuvre lors d’agression (irradiation UV, etc.) pour protéger notre patrimoine génétique. Ce rôle est assuré par le complexe NER. Une équipe de chercheurs dirigée par Jean-Marc Egly, directeur de recherche Inserm au sein de l’Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS / Inserm / Université de Strasbourg) vient de démontrer que le rôle de NER va bien au-delà de la réparation de l’ADN : il assure la régulation de la transcription, première étape de tous les processus nécessaires à la vie. Ces travaux sont publiés le 9 avril 2010 dans la revue Molecular Cell.

Réparer l’ADN endommagé…

Notre organisme développe de nombreuses stratégies pour protéger et maintenir l’intégrité de son patrimoine génétique. L’action délétère d’agents physiques ou chimiques crée des lésions dans l’ADN et perturbe l’expression des gènes. Si ces lésions ne sont pas prises en charge par des systèmes de réparation performants elles seront à l’origine de mutations conduisant à des cancers et au vieillissement de l’individu. Les travaux menés il y a quelques années par Jean-Marc Egly, avaient permis de découvrir (au travers de l’identification du facteur TFIIH) la relation entre le mécanisme de lecture des gènes et celui de la réparation de l’ADN baptisé NER (Nucléotide excision repair) garant du maintien de la stabilité génétique (cf schéma ci dessous).

© © Inserm, M. Belkacem L’ADN endommagé à la suite d’une attaque par des agents chimiques ou physiques (irradiation UV, etc.) acquiert une forme particulière reconnue par le complexe NER. Lorsque ce dernier se met en marche, il permet d’éliminer et de remplacer le fragment endommagé d’ADN par un fragment sain.

Grâce à cette découverte, les maladies pour lesquelles l’altération des mécanismes de réparation de l’ADN avait été mise en évidence sont dorénavant mieux connues. C’est le cas de la « maladie des enfants de la lune » ou Xeroderma pigmentosum, maladie génétique rare, qui entraîne une hypersensibilité au soleil et un risque très élevé de cancer de la peau. Des mutations sur onze des gènes impliqués dans les mécanismes de réparation ont été associées à cette maladie. Cependant, leurs défaillances ne permettent pas à elles seules d’expliquer les symptômes neurologiques et les troubles du développement présents chez plus d’un tiers des personnes atteintes. D’où l’hypothèse émise par les chercheurs : les différents facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN possèderaient d’autres fonctions au-delà du rôle déjà décrit.

… et réguler la transcription

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs se sont intéressés au fonctionnement de NER dans des conditions où l’ADN n’est pas soumis à des attaques génotoxiques.

Dans ce contexte, les données recueillies par l’équipe de l’IGBMC révèlent que les différents acteurs du complexe NER régulent la transcription des gènes en ARN. Chacun de ces acteurs seraient impliqués dans les mécanismes de modification de la chromatine pour rendre le site de départ de la synthèse de l’ARN propice à la transcription. En l’absence de ces facteurs, la transcription sera très peu opérationnelle.

Selon l’endroit précis où se trouve le NER, les fonctions de réparation ou de transcription seront activées.

Pour Jean Marc Egly, directeur de recherche à l’Inserm « Cette découverte explique la variété des symptômes observés au niveau du Xeroderma pigmentosum. Elle représente également un grand pas dans la compréhension des mécanismes dits « épigénétiques », qui régulent l’expression des gènes et font en sorte que ces derniers ne s’expriment qu’au bon endroit et au bon moment. »

Un nouveau pas a été franchi dans la compréhension de la sélection naturelle. Des chercheurs du CNRS, travaillant à l’Institut de biologie de l’Ecole normale supérieure (CNRS/ENS/Inserm), viennent de montrer que l’homme et certains de ses cousins primates partagent une « boîte à outil » génétique commune, c’est-à-dire un jeu de gènes sur lesquels la sélection naturelle a eu souvent tendance à agir au cours des derniers 200 000 ans. Cette étude permet aussi d’isoler un groupe de gènes qui nous distingue de nos cousins les grands singes. Elle est publiée dans la revue PloS Genetics (édition du 26 février 2010).

© Inserm, B. Jordan L’ADN est une longue suite de 3 milliards de « lettres », qui sont quatre petites molécules : l’adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C). Nos gènes sont l’équivalent de mots, écrits, dans toutes les espèces vivantes, à partir de ces quatre lettres.

Les chercheurs de l’équipe Dynamique et organisation des génomes, à l’Institut de biologie de l’Ecole normale supérieure (CNRS/ENS/Inserm) ont étudié le génome de l’homme et de trois autres primates (chimpanzé, orang-outan et le macaque) grâce à des outils bioinformatiques. Leur travail a consisté à comparer ces génomes entiers pour identifier les gènes sélectionnés au cours des derniers 200 000 ans dans chaque espèce. Résultat : quelques centaines de gènes ont été récemment sélectionnés chez chacune de ces espèces. Parmi eux, environ 100 gènes détectés chez l’homme sont partagés par deux des trois autres espèces, soit deux fois plus qu’attendu du simple fait du hasard (1).

Ainsi, une proportion non négligeable de gènes impliqués dans l’adaptation chez l’homme l’a aussi été chez le chimpanzé, l’orang¬outan ou le macaque, et parfois dans plusieurs lignées à la fois. La sélection naturelle n’agit pas seulement en éloignant les différentes espèces les unes des autres à mesure que de nouveaux caractères apparaissent. Elle peut aussi faire apparaître un même caractère chez des espèces ayant déjà divergé les unes des autres (2), mais ayant un génome encore assez proche, en agissant sur le même gène.

Cette étude permet aussi de mieux cerner le groupe de gènes spécifiquement mis en jeu au cours de l’évolution chez l’homme (pendant les derniers 200 000 ans), puisque l’on sait maintenant lesquels n’ont été sélectionnés dans aucune autre lignée de primates. C’est le cas déjà bien connu, et que cette étude confirme, du gène de la lactase, qui permet de métaboliser le lactose du lait à l’âge adulte (avantage certain avec l’apparition de l’agriculture et de l’élevage). Les chercheurs ont également identifié un groupe de gènes impliqués dans certaines fonctions neurologiques et dans le développement des muscles et du squelette.

Le niveau de variabilité comme indicateur de la sélection

Jusqu’à présent, l’identification des gènes sélectionnés nécessitait de travailler sur les génomes de plusieurs dizaines d’individus suivant des méthodes statistiques. Elle n’avait été réalisée que chez l’homme. Les chercheurs ont mis au point une méthode ne nécessitant de disposer du génome que d’un seul individu. Elle est fondée sur la recherche des régions du génome très pauvres en polymorphisme allélique. Explications : chaque gène est présent dans le génome en deux exemplaires, que l’on appelle allèles (un sur chaque chromosome) et qui ne sont pas parfaitement identiques : il existe un certain polymorphisme. Lorsqu’une mutation avantageuse se produit et qu’elle se répand dans toute la population, le génome de chaque individu devient identique dans la région entourant le gène concerné. Le polymorphisme est alors très faible (3): une mutation avantageuse a été sélectionnée au détriment de la variabilité locale du génome.

Reste à déterminer, à l’aide d’un plus grand nombre de génomes de primates, l’étendue de ce phénomène en termes de gènes et de fonctions biologiques. En incluant d’autres espèces de vertébrés dans l’étude, il sera également possible de déterminer si nous partageons des événements adaptatifs avec les rongeurs, les oiseaux ou les poissons, comme semblent déjà le suggérer quelques observations isolées.

(1) Ce résultat est même probablement sous-évalué, du fait du « bruit de fond » que génère la méthode employée.
(2) Par exemple, la résistance à certains virus chez les primates.
(3) Les chercheurs travaillent sur le rapport entre polymorphisme (nombre de bases différentes entre les 2 allèles) et divergence avec une espèce voisine (nombre de bases différentes avec cette espèce), ce afin de s’assurer que le faible polymorphisme n’est pas dû à une autre cause qu’une mutation avantageuse.

Certains de nos organes, comme le foie ou le coeur, sont latéralisés. Notre corps, lui, se développe en respectant une symétrie axiale, visible au niveau de la colonne vertébrale. Une nouvelle cascade moléculaire qui intervient dans cette symétrie chez les vertébrés vient d’être découverte par l’équipe franco-américaine dirigée par Olivier Pourquié au Stowers Institute for Medical research, depuis peu installée à l’Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (CNRS / Inserm / Université de Strasbourg). Ces travaux sont publiés aujourd’hui dans la revue Nature.

La symétrie vertébrale apparaît tôt au cours du développement embryonnaire, au moment de la formation des somites, structures de forme cubique dont sont notamment dérivées les vertèbres et les muscles. Sous l’influence d’une horloge interne, des paires de somites se développent périodiquement à partir des couches cellulaires internes de l’embryon. L’acide rétinoïque, un dérivé de la vitamine A, semble jouer un rôle important dans le contrôle de la symétrie des somites. On sait par ailleurs que les souris déficientes en acide rétinoïque voient leur somitogenèse se désynchroniser.

Dans une étude conduite sur des embryons de souris, les chercheurs se sont intéressés à la protéine Rere, aussi appelée atrophine 2. Ils ont démontré que cette molécule participe à l’activation de la voie de signalisation de l’acide rétinoïque, en formant un complexe avec deux autres protéines (Nr2f2 et p300) et un récepteur de l’acide rétinoïque. Les souris mutantes pour le gène Rere présentent le même retard de formation des somites que les souris déficientes en acide rétinoïque.

Leurs travaux montrent également que les protéines Nr2f2 et Rere contrôlent l’asymétrie de la voie de signalisation de l’acide rétinoïque. Cette asymétrie est nécessaire pour corriger les interférences avec les signaux déterminant la latéralisation des organes. 

Cette étude permet ainsi de mieux comprendre comment la symétrie générale du corps peut se concilier avec la latéralisation de certains organes.

Chez l’homme, des anomalies du développement symétrique des somites pourraient être responsables de troubles de la statique vertébrale, comme les scolioses. Une défaillance des fonctions de régulation exercées par Rere ou Nr2f2 sur la voie de signalisation de l’acide rétinoïque pourrait être impliquée dans la survenue de ces pathologies fréquentes et, parfois, graves.