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BIOLOGIE

 

Paris, 26 août 2011

Une signature moléculaire de la déficience intellectuelle
La déficience intellectuelle (DI) est un handicap fréquent qui concerne près de 3 % de la population générale mais dont les causes sont encore peu connues. Aujourd'hui, les équipes de Laurence Colleaux de l'unité de recherche "génétique et épigénétique des maladies métaboliques, neurosensorielles et du développement” et de Jean Marc Egly de l'"Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire" ont identifié une mutation sur un gène impliqué dans la transcription de l'ADN en ARN messager, 1ère étape d'un processus complexe aboutissant à la synthèse des protéines. Cette mutation bouleverse l'expression de gènes essentiels à la plasticité cérébrale, l'ensemble des mécanismes par lesquels le cerveau modifie l'organisation de ses réseaux de neurones en fonction des expériences vécues. Selon l'étude, l'anomalie de ces gènes, dits "précoces", serait une des "signatures moléculaires" de la déficience intellectuelle. Ces résultats sont publiés dans la revue Science datée du 26 aout.
La déficience intellectuelle (DI) est définie comme un « fonctionnement intellectuel général inférieur à la moyenne, qui s'accompagne de limitations significatives du fonctionnement adaptatif». Parmi les DI, les formes dites "non syndromiques" sont caractérisées par une diminution isolée et non progressive des performances intellectuelles. Les chercheurs se sont penchés sur ces formes de déficits car les gènes responsables participent directement aux processus liés aux fonctions cognitives : mémorisation, apprentissage, comportement, etc.

Les équipes de recherche de Laurence Colleaux et Jean Marc Egly, ont identifié une mutation du gène MED23 qui est liée à une DI isolée. MED23 code une des sous-unités d'un large complexe multiprotéique : le Médiateur (MED, cf. Figure 1). Ce complexe est connu pour son rôle dans une étape clé de la régulation de l'expression des gènes : la transcription. Il permet aux facteurs de transcription spécifiques d'un gène de s'assembler pour interagir avec l'ARN polymérase, l'enzyme clé de cette étape.

Au cours de ces travaux, les chercheurs ont démontré que les cellules de patients atteints de DI présentent un défaut d'expression de certains gènes parmi lesquels les gènes "précoces" JUN et FOS. Ces derniers sont impliqués dans l'expression d'une cascade de gènes liés à diverses fonctions cellulaires, notamment au niveau du système nerveux central. Leur activation rapide et transitoire est une étape clé dans le développement et la plasticité cérébrale.

La mutation identifiée conduit à la synthèse d'une protéine MED23 modifiée devenue incapable d'interagir correctement  avec les facteurs spécifiques des deux gènes considérés. Par exemple, dans le cas du gène JUN, l'assemblage permettant la transcription est défectueux suite à un mauvais contact entre la protéine MED23 mutée et le facteur TCF4 (en bleu cf. Figure 2).

"L'étude de patients DI porteurs de mutations modifiant d'autres protéines impliquées dans la transcription, suggère que cette anomalie d'expression des gènes "précoces" puisse être une "signature moléculaire" de ce trouble", explique Laurence Colleaux. Ces résultats  apportent donc un nouvel argument en faveur du rôle majeur des anomalies de l'expression génique dans la recherche des causes de déficiences intellectuelles.

La déficience intellectuelle en chiffres
3 % de la population générale concernée
Entre 6 000 et 8 500 naissances avec un handicap mental par an.
Si 20 % des DI peuvent être attribuées à des facteurs environnementaux, 40 % à des causes génétiques connues, les causes de la maladie restent inconnues dans près de la moitié des cas.

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BIOTECHNOLOGIES

 

Colloïdes et biotechnologies
L'exposé introduit lutilisation des colloïdes dans le domaine du diagnostic biologique. Nous introduirons les bases de la physico chimie des colloïdes ainsi que les approches classiques du diagnostic biologique: test d'agglutination à partir de particules de Latex ou dor, test ELISA avec des particules magnétiques. Ensuite nous présenterons une nouvelle approche de diagnostic basée sur la formation de nano structures colloïdales magnétiques. Le principe repose sur l'aptitude de certains colloïdes magnétiques, à la fois suffisamment petits et susceptibles, à former rapidement des lignes réversibles sous champ. Nous montrerons que cette solution colloïdale change de couleur sous l'action d'un champ magnétique, conséquence de la diffraction des chaînes auto assemblées, et comment ce phénomène peut conduire à la détermination du profil de force entre colloïdes. Si les particules sont greffées par un anticorps, alors en présence de l'antigène spécifique capable de ponter deux anticorps, les lignes peuvent devenir permanentes et quasi irréversibles. Nous discuterons comment la persistance des lignes peut révéler de manière très sensible la quantité d'antigène introduite, et pourquoi la force magnétique imposée à chaque colloïde peut accélérer la complexation antigène anticorps. Nous finirons par une introduction à l'utilisation des colloïdes en micro fluidique. Nous montrerons comment les auto assemblages magnétiques peuvent devenir des matrices de séparation très efficaces pour des entités biologiques comme des ADN génomiques ou des cellules.

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GENETIQUE

 

Paris, 28 septembre 2011

Identification d'un gène associant agressivité et audace chez un poisson modèle


Un gène responsable du comportement agressif et audacieux vient d'être identifié chez le poisson zèbre par une équipe du Laboratoire neurobiologie et développement du CNRS. Caractérisé par trois composantes : témérité, tempérament explorateur et agressivité, cette association comportementale spécifique est décrite chez de nombreuses espèces animales. Chez le poisson zèbre, elle serait due à l'action d'un seul gène (fgfr-1) via sa régulation du taux d'histamine dans le cerveau, neurotransmetteur impliqué dans de nombreux comportements. Ces résultats sont publiés dans The Journal of Neuroscience le 28 septembre 2011.
Le comportement d'« agressivité et audace » est bien connu des spécialistes et associe trois composantes : une témérité, une agressivité et un tempérament explorateur sensiblement au-dessus de la moyenne. Ce comportement, appelé aussi proactif, a été décrit chez de nombreuses espèces de poissons, oiseaux et mammifères. Les chercheurs du Laboratoire neurobiologie et développement du CNRS ont choisi de l'étudier chez le poisson zèbre, un modèle animal de plus en plus apprécié des généticiens et des neurobiologistes. Pour cela, ils ont tout d'abord mis au point des tests comportementaux permettant de mesurer quantitativement les trois facettes de ce comportement agressif et audacieux. Ils ont ensuite identifié une souche de poisson zèbre, appelée spiegel, dont le caractère proactif sort clairement de la norme. Les tests ont montré que ces poissons étaient particulièrement agressifs envers leurs congénères, peu intimidés par les leurres simulant des prédateurs et plus aventureux pour explorer de nouveaux environnements.

La souche spiegel possède une mutation dans le gène fgfr-1 codant pour un récepteur membranaire sensible au FGF, un facteur de croissance très important pour le développement des vertébrés, en particulier pour la croissance du cerveau. La mutation du récepteur Fgfr1 présente chez spiegel réduit l'activation des signaux intracellulaires normalement déclenchée par le FGF. Conséquence de cette mutation, les poissons spiegel présentent un faible taux cérébral d'histamine, un neurotransmetteur connu pour réguler l'appétit, le sommeil et l'attention. C'est ce faible taux d'histamine qui est responsable du comportement anormal du poisson. En effet : un simple traitement pharmacologique visant à augmenter le taux d'histamine a permis aux chercheurs de rendre aux poissons portant la mutation spiegel un comportement normal, c'est-à-dire un comportement similaire à la moyenne des poissons zèbre.

Ces travaux montrent que l'association des trois aspects qui définissent le comportement d'agressivité et d'audace dépend de l'action d'un gène unique que possèdent tous les vertébrés. Les facteurs environnementaux (physico-chimie, densité d'animaux, nourriture…) influent certainement aussi sur le comportement mais le gène fgfr-1 semble régler le niveau de base de proactivité. Ces résultats offrent une meilleure compréhension moléculaire et neurophysiologique de ce comportement spécifique. Néanmoins, des études ultérieures devront élucider les mécanismes moléculaires qui lient le gène fgfr-1 au taux d'histamine et la production d'histamine au comportement des animaux.

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LA PLASTICITE HUMAINE

 

La plasticité humaine ou le secret de la performance
Les thèmes suivants sont successivement abordés :

· Une description sommaire de la « machine animale »,

· Une brève analyse des termes : plasticité humaine et performance,

· Le concept de la préparation à la performance et de l'entraînement physique,

·Un exemple concernant les objectifs et les résultats de l'entraînement en endurance.

1) La machine animale est une machine : à « traiter l'information », « transformer l'énergie » et à « dupliquer le code génétique ». Traiter l'information consiste à capter les signaux provenant d'une part du monde extérieur : c'est le rôle des cinq sens et du système nerveux de la vie de relation ; d'autre part du monde intérieur : c'est le rôle du système neuro-endocrinien (système nerveux autonome et glandes endocrine) responsable de la régulation de la vie végétative et du maintien de l'homéostasie et, plus généralement du vaste système de communication intercellulaire qui fait qu'aucune cellule du corps n'est indifférente au fonctionnement de l'organisme dans son ensemble. Transformer l'énergie revient à transformer, stocker puis, en fonction des besoins, libérer l'énergie potentielle contenue dans les aliments afin que, notamment, puisse se développer les phénomènes mécaniques de la contraction musculaire. Le rendement métabolique est assez faible car environ 80% de cette énergie potentielle est transformé en chaleur. L'ensemble des réactions chimiques qui, à partir des lipides (graisses) et des glucides (sucres), conduisent à produire de l'ATP (Adénosine Triphosphate) dont la dégradation fournit de l'énergie libre, peuvent se dérouler en présence d'oxygène (voies métaboliques aérobies) ou en son absence (voies métaboliques anaérobies). Plus la contraction musculaire est intense plus la consommation d'énergie est importante et plus le débit de renouvellement des molécules d'ATP doit être élevé. Dupliquer l'information génétique contenue dans les chromosomes permet d'orienter et d'accroître la synthèse des protéines de structure et/ou enzymatiques au niveau des organes ou des systèmes fonctionnels sur lesquels s'exercent les contraintes spécifiques de l'entraînement physique.

2) Plasticité et performance On peut définir la plasticité comme la capacité de l'individu à s'adapter à son environnement. Cette faculté d'adaptation possède des limites liées au patrimoine génétique c. à d. au génotype du sujet. La notion de performance dépend de l'activité considérée : du sport individuel (dont les performances sont très référencées) au sport d'équipe (dont le résultat collectif n'est pas le simple reflet des performances individuelles), l'importance accordée aux capacités : fonctionnelles énergétiques, de coordination motrice et mentales varie considérablement dans sa hiérarchie.

3) Dans le cadre de la préparation à la performance, l'entraînement physique a pour but, d'augmenter selon un plan bien déterminé, ces qualités : fonctionnelles (énergétiques), de coordination motrice (techniques), et mentale (lucidité, maîtrise de soi, sens de l'anticipation …). On distingue : - La préparation générale qui a pour objectif d'améliorer la force et l'endurance musculaire, la vitesse d'exécution du geste, la souplesse articulaire, l'efficacité du système cardio-vasculaire et la maîtrise de l'équilibre pondéral. - La préparation spécifique, d'autant plus prédominante que le sujet est expérimenté et la période de compétition proche, comprend la réalisation d'activités physiques analogues à celles pratiquées lors des compétitions. Une analyse détaillée et précise des différentes séquences qui composent ces activités physiques spécifiques ainsi que des qualités requises pour répondre le plus efficacement possible à leur réalisation font partie de l'élaboration d'un plan d'entraînement moderne. L'entraînement forme un tout composé de séances organisées d'exercices, entrecoupées de période de récupération d'une durée déterminée, pendant lesquelles se développent les processus d'adaptation. En fonction du phénotype considéré (par exemple amélioration de la capacité fonctionnelle énergétique aérobie) ces processus présentent des limites qui dépendent du génotype.

4) L'entraînement physique en endurance illustre cette démarche : Il est destiné aux sportifs réalisant des efforts de longue durée (marathon, cyclisme sur route, ski de fond …). Il peut s'agir d'un « entraînement par intervalles » (Interval training) fait d'une succession d'exercices de durée brève et d'intensité élevée ou d'un « entraînement par la distance » constituée d'effort d'intensité plus faible mais maintenus sur une longue durée. L'objectif est d'améliorer les capacités fonctionnelles énergétique aérobie des sujets. Celles-ci dépendent : de l'efficacité du transport de l'oxygène et de son utilisation par les muscles impliqués dans l'exercices considéré ; d'une réduction par ceux-ci, de la consommation du glycogène au profit de celle des lipides ; d'un perfectionnement des mécanismes de la thermorégulation corporelle ; d'une augmentation du rendement mécanique, c. à d. d'une diminution du coût énergétique du travail physique considéré. Ces modifications s'expriment : à la périphérie, par une modification des fibres musculaires concernées dont la vascularisation s'accroît ainsi que leur richesse en mitochondries qui contiennent d'importants enzymes oxydatifs alors que les protéines (notamment l'actine et la myosine) qui entrent dans la composition de leur appareil contractile changent de nature ; au niveau central, par une augmentation du volume cardiaque dont les parois et les cavités ventriculaires s'accroissent. Sur le plan de la coordination motrice des améliorations techniques apparaissent qui dans le cas, par exemple, de la course à pied, tendent à réduire son coût énergétique. La part de l'hérédité dans les capacités adaptatives de l'individu soumis à un entraînement physique est discutée en conclusion de l'exposé.

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