lundi 28 mai 2018

Un organisateur de Spemann produit à partir de cellules humaines

Pour PrépaBCPST et PrépaAgreg
Thèmes : développement embryonnaire, signalisation cellulaire

En 1924, Spemann et Mangold ont réalisé l'une des expériences les plus marquantes dans l'histoire de la biologie du développement. Par des expériences de greffe et de suivi des cellules greffées (grâce à des différences de pigmentation entre les deux espèces de Triturus utilisées), ils ont montré que la lèvre dorsale du blastopore des Amphibiens est capable d'envoyer des signaux aux cellules voisines et de changer leur destin : c'était la première mise en évidence d'une induction embryonnaire. Cette induction a pour effet de neuraliser l'ectoderme (production d'un tube neural au lieu d'épiderme) et de dorsaliser le mésoderme (production de somites au lieu de mésoderme ventral). La lèvre dorsale du blastopore est ainsi devenue l'organisateur de Spemann.

La présence d'un homologue d'organisateur de Spemann a été démontrée sur le modèle oiseau et chez la souris : c'est le noeud de Hensen au bout antérieur de la ligne primitive. Pour la souris, il a fallu attendre 1994 (soit 70 ans après l'expérience sur les Amphibiens) pour que cette démonstration soit faite, tellement c'était techniquement compliqué sur des tissus aussi petits à ce stade. Mais la présence d'un organisateur n'a jamais été démontrée chez l'Homme pour des raisons évidentes d'accessibilité et d'éthique. Le moment supposé où l'organisateur de Spemann devrait jouer son rôle chez l'Homme se situe vers 3 semaines post-fécondation.

Dans un article de Nature de la semaine dernière, des chercheurs américains ont réussi à contourner le problème en utilisant des cellules embryonnaires souches (ES) humaines pluripotentes. En les incubant dans un milieu contenant des Wnt et de l'activine, ils les ont spécifiés en cellules qui, une fois greffées dans l'ectoderme à la périphérie d'un embryon de poulet, sont capables de l'induire en tissu neural (alors que cet ectoderme donne un tissu extracellulaire apparenté à l'épiderme sans cette greffe).

Source : https://www.nature.com/articles/d41586-018-05115-y?utm_source=twt_na&utm_medium=social&utm_campaign=NNP

h : à gauche l'embryon de poulet normal; à droite, en rouge les cellules humaines greffées. On distingue un axe non marqué en rouge (provient du poulet et non du greffon). En i, j,k les cellules de cet axe expriment Sox2, un marqueur neural (en vert) montrant bien l'induction neurale. Source : Martyn et al., 2018 : doi:10.1038/s41586-018-0150-y


Même si c'est une avancée intéressante, il s'agit d'une preuve indirecte, à partir de cellules, certes humaines, mais obtenues in vitro. Néanmoins, les cellules ES sont issues d'embryons (la masse cellulaire interne de blastocystes) et ont été soumis à des molécules de signalisation qui sont actives dans la région de l'embryon où se met en place le noeud de Hensen. On peut donc dire que c'est une modélisation qui s'approche autant que possible des conditions in vivo.

dimanche 29 avril 2018

Une nouvelle hormone végétale permet de comprendre le lien entre stress hydrique et synthèse d'acide abscissique

Pour PrépaBCPST, PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thèmes : physiologie végétale, la plante et l'eau

Les végétaux sont des organismes fixés qui ne peuvent s'échapper lorsque les conditions de leur milieu de vie deviennent défavorables. Ils doivent sans arrêt adapter leur physiologie à ces conditions. L'une des molécules impliquées est l'acide abscissique (ABA) qui est produit en cas de sécheresse et qui a pour effet de fermer les stomates, ce qui limite les pertes d'eau. Ceci est connu depuis de nombreuses années, mais le lien entre la production d'ABA et un déficit hydrique était resté encore un mystère.

Dans un article paru ce mois-ci dans Nature, des chercheurs japonais ont compris une partie de ce mystère. Ils se sont intéressés à un peptide sécrété de la famille CLE (la même famille à laquelle appartient CLAVATA3 qui joue un rôle dans le contrôle des méristèmes apicaux). Ce peptide de 12 acides aminés est appelé CLE25. Quand il est appliqué sur les racines d'un plant d'Arabidopsis même parfaitement hydratées, il provoque l'augmentation de l'expression de NCED3 dans les feuilles, une enzyme-clé de la synthèse d'ABA. L'expression de CLE25 est activée dans des racines soumises à un déficit d'eau et des mutants d'Arabidopsis incapables de produire CLE25 ne sont plus en mesure de produire de l'ABA en cas de sécheresse et de fermer leurs stomates. 

Les auteurs ont aussi caractérisé les récepteurs de CLE25, appelés BAM1 et BAM3 qui sont nécessaires dans les feuilles. On a donc le modèle suivant : stress hydrique dans les racines => Sécrétion de CLE25 => Réception du signal dans les feuilles par BAM1/BAM3 => augmentation de l'expression de NCED3 => synthèse d'ABA => fermeture des stomates

Source : https://www.nature.com/articles/d41586-018-03872-4


Ce modèle pourrait être assez général parmi les Angiospermes car CLE25 est présent chez des espèces aussi diverses que le maïs, le riz, le peuplier ou la betterave.

Il reste encore à découvrir comment CLE25 se déplace dans la plante de la racine aux feuilles, mais il s'agit clairement d'une nouvelle hormone végétale. Signalons que dans l'ancien modèle c'était l'ABA lui-même qui était produit dans les racines et passait dans les feuilles. Ce modèle est désormais insuffisant pour comprendre le lien entre stress hydrique et fermeture des stomates car la voie via CLE25 s'est avérée indispensable. 

jeudi 5 avril 2018

Les végétaux partent à l'assaut des sommets européens grâce au réchauffement climatique

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Thèmes : biodiversité, réchauffement climatique

Le réchauffement climatique actuellement à l’œuvre modifie la répartition des espèces végétales et animales. Une étude de grande ampleur (53 chercheurs venant de 11 pays) vient d'être publiée dans Nature et porte sur la répartition des végétaux dans les hautes montagnes européennes (Alpes, Pyrénées, Carpates, Écosse, Scandinavie). Elle porte sur le suivi de la flore de 302 montagnes sur une période allant jusqu'à 145 ans pour certains d'entre eux.
Bilan ? Le réchauffement climatique aboutit à faire monter les espèces végétales à de plus hautes altitudes, ce qui a pour conséquence d'enrichir la biodiversité au sommet des montagnes, ou plus précisément à la limite supérieure où il y a encore des végétaux. Les plantes ne peuvent plus monter plus haut car les conditions deviennent alors franchement inhospitalières (roche nue...etc...)
Pour donner un ordre de grandeur : de 1957 à 1966, l'enrichissement avait été de 1,1 espèce nouvelle en moyenne et de 2007 à 2016, il a été de 5,4 espèces, indiquant une remontée 5 fois plus rapide des espèces végétales. A chaque fois le paramètre le plus pertinent pour expliquer cette accélération a été la hausse des températures.

Hausse de la biodiversité végétale dans les hautes montagnes européennes en corrélation avec la hausse des températures moyennes. Source : https://www.nature.com/articles/s41586-018-0005-6
Les auteurs notent aussi que les espèces qui remontent ont tendance à garder leurs caractéristiques morphologiques de basses altitudes (tailles plus grandes que le "nanisme" habituel lié à l'adaptation aux hautes altitudes). Le niveau bas de leur répartition remonte aussi mais plus lentement car il est moins lié à la température et est plus influencé par la compétition interspécifique. 
Les auteurs de l'article précisent que cet enrichissement en biodiversité en haute altitude n'est sans doute que temporaire car la compétition interspécifique devrait rapidement devenir plus féroce également dans ces milieux.

samedi 24 mars 2018

Le déclin massif de la biodiversité se poursuit.

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Thèmes : biodiversité, impact de l'Homme sur les écosystèmes

La Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (ouf...c'est l'IPBES) vient de rendre son rapport et il est alarmant. Une fois n'est pas coutume, je vous renvoie à un article bien fait et bien documenté du Monde qui fait un tour d'horizon synthétique des menaces sur la biodiversité sur les différents continents qui sont détaillées dans le rapport. Même si ce sont des tendances générales qui n'ont, hélas, rien de nouveau, c'est de l'actualité scientifique car tous ces processus se passent en ce moment-même et sont mesurés avec attention par des milliers de scientifiques. Toutes les données et les modélisations pour le futur apportent des ordres de grandeur essentiels pour se rendre compte de l'ampleur de la sixième grande crise de la biodiversité (la première provoquée par l'Homme, les autres ayant des causes géologiques et/ou extraterrestres (météorite)).

Source : Le Monde

mardi 6 mars 2018

De l'ADN séquencé sur des troncs de chêne de 10 000 ans

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Thèmes : bois, ADN, paléogénomique

En Europe, les forêts couvrent environ 1 milliard d'hectares, soit quelques 45 % de la superficie des terres émergées (Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture). Comprendre l’évolution des peuplements forestiers et prédire leur devenir dans le cadre du changement climatique est un enjeu majeur. Une équipe scientifique internationale, dont des chercheurs de l’INRA et du CNRS, a isolé et séquencé avec succès de l’ADN de chêne dans des restes de bois anciens - certains datant de près de 10 000 ans. Ces résultats ont été publié début Mars, dans la revue Molecular Ecology.  
Jusqu'à présent, les études sur les peuplements végétaux anciens avaient reposé essentiellement sur l'analyse des grains de pollen.


Les différentes couches d'un tronc d'arbre. Source : https://www.pinterest.fr/pin/444237950725014173/?lp=true


Les chercheurs ont tout d’abord mis en lumière les conditions propices à la bonne conservation de l'ADN dans des restes de bois de chêne (Quercus robur (chêne pédonculé) et Quercus petraea (chêne sessile)). Ils ont montré que l’aubier - cette partie fonctionnellement active du bois qui est interne par rapport au cambium  – est plus favorable à la préservation de l’ADN végétal que les autres tissus, plus prompts à être contaminés par l’ADN des microorganismes de l’environnement. 


Quelques exemples des 167 troncs anciens datant de 500 à près de 10 000 ans qui ont été étudiés et provenant de différents environnements. Source : Wagner et al., 2018

Alors que la plupart des échantillons contiennent de l’ADN endogène en faible quantité, les morceaux de bois prélevés dans des environnements immergés et en particulier ceux provenant de sédiments lacustres calcaires présentent un contenu plus élevé en ADN. A l’inverse, les restes de bois collectés dans des environnements exposés à l’oxygène de l’air ou acides montrent un ADN de bien moindre qualité, généralement impropre à l’analyse. 

Les auteurs ont utilisé l'ADN des microorganismes contaminants comme indication du milieu dans lequel le bois collecté a séjourné : les  microorganismes unicellulaires (Archées) méthanogènes anaérobies du genre Methanosaeta sont spécifiques des milieux sédimentaires humides organiques; des Gamaprotéobactéries correspondent à des environnements maritimes, ou encore des Betaprotéobactéries et Pseudomonadales correspondent à des sols limoneux. Les échantillons affichant les taux les plus élevés d’ADN endogène abritent essentiellement des Archées anaérobies méthanogènes du genre Methanomicrobia, suggérant que les milieux appauvris voire dépourvus d’oxygène sont favorables à la survie et la multiplication de ces microorganismes et à la préservation de l’ADN ancestral en milieux immergés. 

Les scientifiques ont également fourni des indications précises sur les processus de dégradation de l’ADN au fil du temps. Ils ont ainsi montré que, très rapidement, les fragments d’ADN collectés voient leur taille diminuer et que cette diminution continue de manière linéaire au fil des siècles. Les fragments d'ADN subissent un ensemble de modifications chimiques avec chacune sa cinétique : par exemple, il y a des désaminations de cytosine dont la quantité atteint un plateau au bout de 5000 ans.

Ces travaux constituent une première mondiale, ils soulignent la valeur des bois immergés comme source d’ADN de bois anciens et ouvrent la voie à des études de paléogénomique de grande ampleur. Le séquençage de l'ADN préservé dans les bois anciens permettra d’ici peu d’accéder au génome des arbres qui survécurent aux dernières grandes glaciations et repeuplèrent ensuite l’Europe, il y a 12 000 ans environ, suite au réchauffement progressif du climat. A terme, cette approche ouvre des perspectives d’intérêt notamment pour mieux comprendre la réponse évolutive des écosystèmes forestiers face au changement climatique, et ainsi améliorer la gestion de nos forêts. 

D'après communiqué du CNRS

samedi 10 février 2018

Mesure des paramètres impliqués dans les poursuites prédateur-proie dans la savane africaine

Pour Prépa BCPST, PrépaCAPES et PrépaAgreg
Thèmes : relations interspécifiques, proie-prédateur, locomotion

Quand on pense aux relations proie-prédateur, on pense assez rapidement aux fauves qui courent derrière des gazelles ou des zèbres dans la savane africaine. 

Dans un article publié dans un récent Nature, des chercheurs ont accroché des colliers électroniques avec GPS à 9 lions, 5 guépards, 7 zèbres et 7 impalas du Botswana pour mesurer leurs vitesses et leurs trajectoires pendant la chasse. Le hasard n'a pas bien fait les choses et ils n'ont pas pu enregistrer simultanément un prédateur et sa proie avec la (faible) population d'animaux sur lesquels ils ont pu mettre des colliers. Mais il y a eu individuellement suffisamment d'évènements pour réaliser des reconstitutions numériques réalistes.

La suite est en images : 


Bilan : en terme de puissance musculaire, de rapidité et de capacités d'accélérations, les lions et les guépards sont meilleurs que les zèbres et les impalas. Mais les proies compensent cela par de meilleures capacités de manœuvres et de changements de direction, des processus qui par ailleurs sont plus efficaces avec des vitesses plus réduites.
Les prédateurs doivent ainsi sans arrêt accélérer puis décélérer pour pouvoir combiner le suivi de la trajectoire et combler leur retard sur leur proie.
Tout se joue sur les capacités des prédateurs à anticiper les changements de direction et à les compenser par une plus grande vitesse et pour les proies à faire ces changements de la manière la plus aléatoire. 
Ces mesures précises montrent ainsi sur quels paramètres a joué l'évolution dans les relations proie-prédateur.


vendredi 26 janvier 2018

Les mitochondries auraient une température de 10°C supérieure au cytoplasme environnant

Pour Prépa BCPST, Prépa CAPES, Prépa Agreg
Thèmes : mitochondrie, thermogénèse

Les mitochondries sont des organites qui assurent la respiration cellulaire et une grosse partie de la production d'ATP. Dans le tissu adipeux brun, la thermogénine, une protéine découplante exprimée dans les mitochondries, permet la dissipation du gradient de protons de part et d'autre de la membrane interne de ces organites ce qui contribue à la thermogénèse, notamment chez les nouveau-nés et les animaux à la sortie de l'hibernation. Mais même dans des mitochondries "normales", la conversion énergétique du gradient en ATP n'est pas efficace à 100% et une partie est dissipée sous forme de chaleur. La question est de savoir si cela a un effet mesurable sur la température. 

Mitochondrie (en fausses couleurs) vue en microscopie électronique

Dans un article de PLOS Biology paru cette semaine, des chercheurs français ont utilisé dans des cellules humaines en culture une molécule dont la fluorescence dépend de la température . Bilan : une température environ 10°C supérieure dans les mitochondries que dans le cytoplasme. Par une série de tests, les chercheurs ont exclu que la fluorescence de la molécule a été influencée par un changement de conformation dû au pH ou à la salinité dans les mitochondries ou à la présence de molécules oxydantes.

De plus, les chercheurs ont montré que la chaleur dans les mitochondries est dépendante de l'activité de la chaîne respiratoire car lorsqu'on la bloque avec des inhibiteurs cette différence de température est abolie. Et en présence de thermogénine, la température a au contraire augmenté. Les chercheurs montrent par ailleurs que l'activité des enzymes de la chaîne mitochondriale est maximale autour de 50°C.

Reste la question du maintien d'un tel gradient de 10°C entre mitochondrie et cytoplasme dans les cellules normales. Les auteurs avancent un certain nombre d'hypothèses impliquant la structure des membranes mitochondriales (trop compliquées pour être exposées ici). Cela implique qu'en plus de la plus grande production de chaleur, les mitochondries du tissu adipeux brun pourraient  avoir des différences dans leur "isolation thermique" car elles produiraient non seulement plus de chaleur, mais aussi devraient la diffuser mieux à leur environnement de par leur fonction.