Un dogme central de la génétique battu en brèche

Au cours des immenses progrès en 30 ans de la génétique un dogme apparut et que personne n’avait jusqu’à ce jour remis en cause : l’ADN des mitochondries – ces petites centrales énergétiques de la cellule vivante qui produisent de l’ATP en « brûlant » par exemple du glucose et donc en consommant de l’oxygène puis rejetant du CO2 – provenait, au cours de la reproduction sexuelle, de la mère et exclusivement de celle-ci. Les milliers de copies de cet ADN mitochondrial circulaire de 16569 paires de bases codant pour 37 protéines différentes (chez l’homme) et retrouvées dans chaque cellule sont toutes identiques, on dit homoplasmiques en termes savants, c’est-à-dire provenant uniquement de la mère. Lors de la fécondation d’un ovule qui contient des mitochondries de la mère, les mitochondries géantes du spermatozoïde, selon ce dogme, ne pénètrent pas à l’intérieur de l’ovule ou si par erreur certaines d’entre elles arrivent à pénétrer elles sont alors immédiatement détruites. C’est aussi en s’appuyant sur ce dogme que certains aspects des recherches paléogénétiques ont progressé. En effet l’ADN mitochondrial, en termes de mutations, varie plus rapidement que l’ADN nucléaire, un paramètre qui a permis de dater certaines divergences matrilinéaires entre sous-espèces au cours de l’évolution comme par exemple la divergence entre les chimpanzés et les bononos.

Lorsque divers travaux se focalisèrent sur des maladies génétiques d’origine mitochondriale il apparut que cet ADN mitochondrial n’était pas totalement homoplasmique mais qu’il coexistait une forme d’ADN mitochondrial non muté avec la forme mutée. Par exemple dans le cas de la maladie génétique de Leigh qui conduit à un retard mental sévère, des troubles moteurs profonds et la mort à la suite de convulsions et d’insuffisance respiratoire au bout de quelques années, la gravité de ces symptômes a pu être reliée au pourcentage d’ADN mitochondrial défectueux (mutation m.8993T>G) en regard de l’ADN mitochondrial non muté. L’ADN mitochondrial était donc à l’évidence de nature hétéroplasmique. Cette observation a alors conduit des équipes de biologistes des USA, de Chine et de Taiwan – une improbable collaboration internationale – à se pencher séparément et en utilisant des approches expérimentales différentes sur trois familles n’ayant aucun lien entre elles et dont quelques-uns des membres de ces dernières présentaient à des degrés de gravité divers des maladies génétiques d’origine probablement mitochondriale. Ces travaux avaient été initiés à la suite de la naissance d’un « enfant à trois parents » en 2016 dont l’ovule de la mère, porteuse d’une maladie génétique mitochondriale, avait été énucléé, le noyau implanté dans un ovule sain lui-même énucléé au préalable et ensuite fécondé in vitro par un gamète du père puis introduit dans l’utérus de la mère (lien en fin de billet).

L’article dont est inspiré ce billet et aimablement communiqué par le Docteur Taosheng Huang de l’hôpital pour enfants de Cincinnati qui a coordonné ces travaux fait état de la nature hétéroplasmique de l’ADN mitochondrial comme cela a été montré dans le cas de la famille A dont l’arbre généalogique est présenté ci-dessous où les carrés représentent les hommes et les ronds les femmes.

Les symboles en noir représentent les 4 membres de la famille (II-1, II-3, II-4 et III-6) montrant une transmission biparentale de l’ADN mitochondrial. Les symboles remplis de diagonales représentent les 6 membres de la famille montrant un degré élevé d’hétéroplasmie de cet ADN mais avec transmission par la mère normale (III-1, III-2, III-5, IV-1, IV-2 et IV-3). Les membres de la famille soulignés ont fait l’objet d’une séquençage complet de leur ADN mitochondrial. Il en est ressorti une carte de l’hétéroplasmie de cet ADN :

Par rapport à une séquence d’ADN mitochondrial de référence figurent en bleu le long de la séquence les variants hérités du père, en rose et en rouge les variants dérivés de la mère. Dans cette famille l’enfant IV-2 de 4 ans avait été diagnostiqué comme souffrant d’hypotonie et de douleurs musculaires. Son état clinique avait été attribué avant même que son ADN mitochondrial ne fut séquencé à une maladie génétique. Sa soeur jumelle (IV-3) présentait un retard d’élocution sans autres symptomes. Leur soeur plus âgée (IV-1) ne présentait aucun symptôme clinique particulier. Leur mère (III-6) avait été diagnostiquée comme souffrant d’une neuropathie légère et de douleurs musculaires au niveau des jambes, symptôme attribué à une sclérose en plaque sans qu’ait été alors suspecté un désordre mitochondrial. Les résultats des séquençages ont donc confirmé la présence de 9 variants homoplasmiques et de 31 variants hétéroplasmiques, 19 d’entre eux provenant du grand-père (II-4), de la mère (III-6) des trois enfants IV-1, IV-2 et IV-3.

Cette étude ainsi que celles effectuées sur deux autres familles confirme qu’il existe bien une hétéroplasmie de l’ADN mitochondrial de type père/mère à des degrés divers expliquant au moins en partie les différences de gravité des symptômes cliniques. À la vue de ces résultats une question apparaît et dont l’éclaircissement demandera probablement des années d’investigation : quelle est la déficience, cette fois au niveau de l’ovule et au cours de la fécondation, expliquant la présence d’ADN mitochondrial d’origine paternelle ? Il s’agit peut-être d’un défaut dans la capacité d’autophagie (il faut parler ici de mitophagie) des mitochondries d’origine paternelles au cours des toutes premières divisions cellulaires de l’embryon ou alors d’une dérégulation de la duplication de l’ADN mitochondrial paternel échappant à tout contrôle nucléaire lors de ces premières divisions cellulaires. Pour confirmer ce type d’hypothèse la tâche risque d’être particulièrement rude et longue.

Source : http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1810946115 aimablement communiquée par le Docteur Huang qui est vivement remercié ici.

Et « enfant à trois parents » : https://doi.org/10.1016/j.rbmo.2017.01.013

Note. Selon le dictionnaire Larousse le dogmatisme est – je cite –  » une attitude philosophique ou religieuse qui, se fondant sur un dogme, rejette catégoriquement le doute et la critique « . Il n’existe par de dogmes dans les disciplines scientifiques, quelles qu’elles soient, car la science évolue sans cesse et les remises en question font partie de l’attitude normale d’un scientifique.

Les secrets incroyables de la salamandre

La salamandre fut longtemps un animal considéré comme résistant au feu et même originaire du feu. Ce mythe fut basé sur le fait que cet animal avait le corps froid et devait donc repousser les flammes. Du slibovitche dans lequel était mariné une salamandre était supposé posséder des vertus aphrodisiaques … Il fallait être natif de Slovénie pour y croire ! Mais la salamandre occupe les biologistes pour un tout autre sujet qui n’a rien à voir avec les légendes relatives à cet animal plutôt inoffensif quoique pouvant être toxique au toucher car c’est le seul vertébré capable de régénérer un membre en partie ou totalement. C’est la raison pour laquelle une équipe de biologistes du Karolinska Institute à Stockholm s’est penchée sur le génome de la salamandre pour tenter de comprendre quel pouvait être ce mécanisme de régénération des membres comme un animal pouvant renaître de ses cendres. mais laissons de côté les légendes qui n’ont rien à voir avec la science.

Seuls parmi les vertébrés les salamandres, tritons et autres axolotls possèdent ce faculté extraordinaire de régénération d’un membre entier, mais pas seulement car ces animaux assez spéciaux peuvent aussi régénérer un oeil, leur queue et même un morceau de leur cerveau ou une mâchoire ! La salamandre d’Espagne (Pleurodeles waltl) peut être aisément élevée dans une animalerie de laboratoire bien qu’elle sécrète par la peau une substance toxique quand elle est manipulée et elle a été utilisée pour étudier le pourquoi et le comment de ses facultés de régénération. Le génome entier réparti sur 12 chromosomes est constitué de 19,38 milliards de paires de bases (trois fois plus que chez l’homme !) codant pour 22847 gènes, 19903 d’entre eux correspondant à des protéines dont seulement 14805 ont été identifiés, les autres protéines codées ont été identifiées grâce aux ARN messagers lors des études de transcription. Le génome de cette salamandre est probablement l’un des plus grand du règne animal et son ADN possède le plus grand nombre connu de séquences répétées.

Parmi ces séquences répétées se trouve une famille de gènes codant pour des facteurs de transcription, c’est-à-dire des protéines qui « ouvrent » la copie de portions d’ADN à leur transcription en ARNs messagers. Certains de ces facteurs appelés PAX se retrouvent chez d’autres vertébrés dont l’homme et ont été identifiés à des oncogènes chez ce dernier. Il s’agit de gènes exprimés dans des circonstances particulières et notamment dans des cellules cancéreuses. Chez la salamandre ces facteurs facilitent l’expression de gènes impliqués dans la régénération des tissus y compris des membres ou des yeux. Ils sont exprimés au cours de l’embryogenèse mais on ignore encore quels sont tous les gènes dont l’expression est sous le contrôle de ces facteurs de transcription et quel est le mécanisme de la genèse de novo d’un membre qui est une structure anatomique complexe comportant des os et des muscles attachés à ces derniers.

L’élucidation complète du génome de la salamandre ouvre donc une perspective riche de promesses dans le domaine de la régénération d’organes à l’aide de cultures de cellules. Il faudra encore de nombreuses années de recherche pour arriver à manipuler le vivant à des fins thérapeutiques totalement inattendues encore aujourd’hui. Décidément la biologie moderne réserve des surprises presque quotidiennes …

Source et illustrations : doi 10.1038/s41467-017-01964-9

Comment vivaient nos cousins les hommes de Néandertal ?

Après le séquençage de l’ADN d’une femme néandertalienne dont le squelette fut retrouvé dans les montagnes de l’Altaï au sud de la Sibérie et datant de 122000 ans, l’équipe du Professeur Svante Pääbo du Max Planck Institute de Leipzig a réussi à séquencer la totalité de l’ADN d’un autre Néandertalien. Celle-ci, puisqu’il s’agit aussi d’une femme, vivait il y a 52000 ans et a été découverte dans une grotte en Croatie. Le fait de disposer de ces deux informations génétiques a fait progresser la compréhension au sujet du mode de vie de ces êtres humains qui s’étaient établi en Europe bien avant que l’homme moderne ne vienne s’y implante après avoir quitté l’Afrique il y a une centaine de milliers d’années. Il est maintenant reconnu que l’homme moderne d’Europe mais pas d’Afrique a « fricoté » avec les Néandertaliens puisqu’il possède dans son génome entre 1,8 et 2,6 % de gènes en provenance de ces cousins éloignés. Certains spécialistes ont incriminé ces gènes qui seraient à l’origine de perturbations métaboliques dont certaines populations souffrent aujourd’hui mais sans apporter de preuves formelles car il faudrait réunir plus d’information sur ces « cousins » néandertaliens.

À propos de cousinage, l’ADN de la néandertalienne de l’Altaï a mis en évidence une forte endogamie, en d’autres termes le mode de vie de ces petits groupes de chasseurs-ceuilleurs relativement isolés les uns des autres autorisait en quelque sorte des unions entre cousins ou oncles et nièces. Ce comportement sociétal n’a pas été retrouvé dans l’ADN de la femme de Croatie et il est probable, durant les 70000 années qui ont séparé ces deux spéciments, que la population néandertalienne s’était suffisamment étoffée pour que les unions consanguines aient disparu. Le séquençage de l’ADN de 4 spécimens d’homme moderne datant de 34000 ans et provenant du site de Sunghir en Russie, cette fois tous des hommes, ont indiqué qu’il n’existait pas d’endogamie dans cette population et que donc, comme pour la néandertalienne de Croatie, les hommes (ou les femmes) allaient chercher leur partenaire en dehors de leur clan ou tribu.

Ces observations pourraient apporter une explication à la disparition inexpliquée des Néandertaliens il y a environ 35000 ans. En effet l’endogamie provoque non seulement des malformations physiques et une faiblesse du système immunitaire mais également un amoindrissement des facultés intellectuelles. C’est peut-être la raison pour laquelle ces hommes « anciens » par opposition aux hommes « modernes » ont fini par disparaître malgré des croisements avec ces derniers. Les Néandertaliens n’étaient pas aussi primitifs qu’on a tendance à le croire car ils enterraient leurs morts, confectionnaient des bijoux ou parures, fabriquaient des outils et des armes pour la chasse. Ont-ils acquis ces comportements des hommes modernes nouvellement arrivés sur leur territoire, nul ne le sait. Il faudra encore réaliser beaucoup de travaux pour se faire une idée précise de l’interaction génétique entre eux et l’homme moderne. Ce qui reste troublant est l’absence totale de SNPs (single nucleotide polymorphism) d’origine néandertalienne dans l’ADN mitochondrial de l’homme moderne. Seul l’ADN nucléaire a hérité de ces SNPs. L’ADN mitochondrial n’est transmis que par la mère et cette observation ouvre la porte à toutes sortes de spéculations. Les hybrides homme moderne-néandertalien de sexe féminin étaient-ils stériles ? Il faudra encore beaucoup de travaux pour apporter une réponse catégorique à cette question …

Source : Science Magazine

Le cancer contagieux du chien : toute une histoire …

La tumeur sexuellement transmissible du chien est un des quelques rares cancers contagieux qui soient connus. Pour cette tumeur génitale du chien, le mâle au niveau du pénis et la femelle au niveau de la vulve, on croyait qu’il pouvait s’agir d’un virus provoquant ce cancer qui se développe rapidement en forme de chou-fleur comme c’est le cas du cancer du col de l’utérus chez la femme provoqué par le HPV (human papilloma virus). De récentes études ont montré qu’il n’en est rien et que la transmission s’effectue via des cellules cancéreuses préexistantes.

Il s’agit de la plus vieille lignée cellulaire cancéreuse connue puisque son apparition est estimée remonter à plus de 11000 ans. Comme la domestication du chien par l’homme est considérée comme antérieure l’hypothèse la plus couramment admise est un goulot d’étranglement génétique dans l’évolution du chien lorsqu’il fut justement domestiqué par l’homme. C’est l’hypothèse qui expliquerait que le diable de Tasmanie soit également susceptible à un cancer contagieux.

L’étude a concerné 449 tumeurs récoltées dans les 5 continents et l’étude du génome mitochondrial de ces tumeurs et de celui de 590 chiens également répartis dans le monde. Il est apparu que le groupe phylogénétique A (on dit clade) des cellules tumorales, bien que datant de 11000 ans selon la dérive génétique ou accumulation naturelle de mutations s’est scindé en 4 autres sous-clades au cours du temps mais relativement récemment comme l’indique la figure ci-dessous :

En réalité il s’est produit un phénomène surprenant de transfert horizontal de portions de l’ADN mitochondrial de l’hôte de la tumeur créant ces sous-clades avec des réarrangements de cet ADN beaucoup plus facile à étudier que ceux de l’ADN nucléaire malgré le fait qu’il ne soit transmis que par la mère. Les clades 1 et 2 partagent un ancêtre commun depuis 460 ans alors que le nombre de mutations somatiques retrouvées dans le clade 2 est plus de deux fois inférieur. Ceci suggère bien un transfert horizontal entre l’ADN de l’hôte et les cellules tumorales. Le clade 3 divergea du clade 1 il y a 1244 ans alors que les clades 4 et 5 divergèrent de ce même clade 1 il y a respectivement 1690 et 585 ans. En se basant sur la dérive génétique de l’ADN mitochondrial humain les cellules tumorales canines toutes issues d’une première tumeur individuelle ont été soumises à des réarrangements génétiques par transfert horizontal au moins 5 fois durant les 2000 dernières années.

La répartition géographique des tumeurs (les couleurs des différents clades) est riche d’enseignements. Par exemple les chiens australiens souffrant de ce cancer n’ont été en contact avec un chien porteur qu’il y a au plus 116 ans quant aux tumeurs étudiées en Amérique Centrale et du Sud elles dérivent toutes d’un clone ne datant pas de plus de 511 ans soit 13 ans après le premier voyage de Christophe Colomb. La tumeur génitale du chien constituée de la plus vieille lignée cellulaire maligne connue est un exemple unique de recombinaison horizontale ayant permis aux cellules de « rajeunir » leur ADN mitochondrial au cours du temps, un mécanisme sélectif d’adaptation révélant des mécanismes biologiques inattendus qui sont apparus dans une ancienne lignée cellulaire qui, de ce fait, a survécu plus de 10000 ans.

Source et illustration : http://dx.doi.org/10.7554/eLife.14552

Le Pentagone se prend les pieds dans l’ADN avec une mauvaise foi affligeante

En 1965, Jacques Monod, André Lwoff et François Jacob virent leurs travaux reconnus par le comité Nobel trois années seulement après la reconnaissance par ce même comité des travaux de Francis Crick et James Watson au sujet de la structure de l’ADN. Monod et ses collaborateurs de l’Institut Pasteur à Paris furent les précurseurs de la biologie moléculaire car ils pressentirent à la suite de travaux très difficiles et complexes que la régulation de l’expression des gènes était commandée par des portions d’ADN non codantes sous l’influence de signaux provenant de la cellule, petites séquences d’ADN qu’ils appelèrent des « opérateurs » ou operons. En cinquante ans, cette biologie nouvelle a pris de tels essors qu’il devient difficile aujourd’hui d’imaginer quelle va en être son évolution, de même que personne ne fut capable d’imaginer l’impact de la télévision lorsque cette technologie vit le jour.

On dispose en effet aujourd’hui des séquences complètes des ADNs humain et de milliers d’autres organismes vivants. On dispose également depuis à peine deux années d’outils extrêmement précis d’insertion ou de délétion de gènes dans le patrimoine génétique de n’importe quel être vivant. J’ai informé mes lecteurs à plusieurs reprises de la découverte de cet extraordinaire outil appelé CRISPR pour la manipulation génétique car il s’agit probablement de la plus grand avancée dans ce domaine depuis les travaux de Crick, Watson et Monod et ses collaborateurs.

Cinquante années se sont donc écoulées pour enfin voir la biologie moléculaire atteindre sa pleine maturité et on commence à peine à entrevoir tous les bienfaits potentiels de cette technologie mais également les dérives éventuelles vers lesquelles il se pourrait bien que l’humanité toute entière se trouve confrontée un jour pas si lointain qu’on ne le croit.

Tout est en effet devenu très rapidement possible avec cet outil CRISPR qui permet non seulement d’insérer ou d’éliminer un gène mais également de modifier durablement le patrimoine génétique d’un être vivant en ce sens que ces modifications deviennent prioritairement transmises à la descendance. Pour faire bref, les manipulations génétiques pratiquées dans les années 80 sur les plantes pour « fabriquer » des transgènes économiquement prometteurs apparaissent aujourd’hui d’une grossièreté expérimentale incroyable : pour être franc on ne savait pas trop ce qu’on faisait. Il s’agit d’un domaine de la biologie que je connais bien et je me permet d’utiliser une comparaison imagée pour décrire en quelques mots la progression incroyable de la biologie moléculaire. Durant ces années pionnières c’était comme si on voulait reproduire la Vénus de Milo avec une tronçonneuse alors qu’aujourd’hui on dispose d’imprimantes 3D qui peuvent réaliser une copie presque indiscernable de l’original.

Je suis personnellement convaincu qu’Emmanuelle Charpentier, la chercheuse d’origine française co-découvreuse du CRISPR avec Jennifer Doudna (voir le lien en fin de billet) sera dans des délais très brefs saluée par le comité Nobel car il ne se passe pas une semaine sans que cet outil ne soit utilisé dans toutes sortes de domaines, encore que le Comité Nobel a souvent une guerre de retard. J’ai mentionné récemment l’approche avec le CRISPR de la modification des moustiques pour qu’ils ne soient plus capables de transmettre la malaria tout simplement par curiosité scientifique mais également parce qu’il m’arrive épisodiquement de souffrir d’une crise de cette maladie dont on ne peut pas se défaire. Certes, je ne souffre pas de la forme dangereuse de cette maladie parasitaire, mais elle reste tout de même handicapante. Et la mise en œuvre du CRISPR pour produire des moustiques génétiquement modifiés incapables de transmettre le parasite ou encore des moustiques devenus stériles qui transmettent ce caractère à la descendance permettant ainsi l’anéantissement des populations de moustiques constituent un immense espoir d’éradication de la malaria.

C’est sur ce dernier point que la communauté scientifique s’émeut mais pas uniquement à propos des moustiques. Introduire une stérilité transmissible consiste à modifier non pas seulement un chromosome mais également l’autre paire afin que l’individu génétiquement modifié soit devenu ce qu’on appelle un homozygote constitutif pour ce caractère. En d’autres termes toute sa descendance hérite de ce caractère et non plus la moitié selon les lois de Mandel. Cependant l’outil CRISPR permet virtuellement de tout faire : toutes les séquences des gènes codant pour par exemple des toxines mortelles sont disponibles publiquement. N’importe quelle machine peut synthétiser pour un coût modique les amorces d’ARN (je n’entre pas dans les détails) permettant de mettre en œuvre le CRISPR également disponible commercialement ainsi que les vecteurs d’introduction dans une cellule embryonnaire et la magie noire est consommée. Par conséquent un nouveau genre de Docteur Folamour peut émerger dans n’importe quel endroit de la planète avec une super-bactérie ou un super-moustique contre lesquels on n’aura aucun moyen de défense.

C’est là que le Pentagone a littéralement été effrayé par la tournure que pourraient prendre les évènements avec ce qu’on appelle maintenant le « gene drive », une expression difficilement traduisible décrivant la technologie dont j’ai fait mention ci-dessus et qui permet de modifier spécifiquement un même gène sur la paire de chromosomes dans laquelle il se trouve (voir le lien).

Le Pentagon, le FBI, l’Office des Armements Biologiques des Nations-Unies se sentent soudain concernés par les dangers potentiels que représente cette technologie. Le fait que ce soient des moustiques qui aient préoccupé en premier lieu les biologistes a fait nerveux ce petit monde car ils ont imaginé qu’un biologiste fou pourrait tout aussi bien créer un super-moustique transmettant par une simple piqûre une toxine mortelle. Pourtant les recherches sur les moustiques n’ont pas d’autre but que de sauver plus de 500000 vies humaines chaque année !

On croit rêver car comment imaginer que tous les laboratoires de recherche des toutes les armées des pays développés ne se livrent pas déjà à ce type de recherche pour mettre au point des armes de destruction massive non plus bactériennes ou virales mais « entomologiques ». Cette soudaine agitation peu médiatisée car la réunion ultra-secrète en décembre de cette année à Washington au sujet des développements nouveaux de la biologie moléculaire eut lieu précisément au même moment que le grand raout climatique de la COP21 alors que le sujet débattu est infiniment plus préoccupant pour l’humanité qu’une hypothétique crise climatique.

En effet, n’importe quel biologiste un tant soit peu vicieux peut mettre au point dans son garage un insecte tueur surtout s’il est financé par des groupes terroristes occultes et c’est là la réthorique de ces comités d’exception soucieux de la sauvegarde de l’humanité. J’avoue que je suis sidéré par la mauvaise foi de cette démarche du Pentagone et pour que mes lecteurs comprennent mon attitude je pense qu’il est intéressant de leur relater ici une expérience vécue. Lorsque j’étais en préparation de thèse de Doctorat d’Etat, je dus collaborer pour mes travaux avec un laboratoire de recherche du service de santé des armées il y a quarante années maintenant. On travaillait déjà dans ce centre situé au sein de l’hôpital militaire de Lyon sur la toxine botulique, les venins de serpent et sur bien d’autres sujets dont des gaz neurotoxiques. Les armes biologiques ont toujours préoccupé les armées du monde entier, elles sont peu coûteuses et faciles à produire massivement. Pourquoi le Pentagone s’insurge subitement contre l’utilisation à des fins séditieuses du CRISPR ? Pour se donner bonne conscience ? J’avoue que je suis partagé entre les larmes et le rire car au final ces mêmes militaires qui sont censés tuer par profession d’autres hommes interdiront la dispersion des moustiques génétiquement modifiés et il y aura toujours 1500 morts par jour en raison de la malaria, un « détail » pour les militaires qui se livrent à des massacres quotidiens au nom de la démocratie !

Source (entre autres) : www.statnews.com/2015/11/12/gene-drive-bioterror-risk/ et http://dx.doi.org/10.7554/eLife.03401.010

Note : le deuxième lien ci-dessus explique de manière très compréhensible le principe expérimental du « gene drive » dont la précision est effectivement hallucinante non pas pour l’homme car le temps d’une génération est très long en comparaison de celui des levures ou des insectes. Je conseille vivement à mes lecteurs anglophones de lire cet excellent article.

Et encore : https://jacqueshenry.wordpress.com/2015/12/03/edition-de-genes-humains-il-etait-temps-de-statuer/ et https://jacqueshenry.wordpress.com/2015/02/22/bataille-entre-les-universite-de-berkeley-et-dharvard-pour-la-propriete-du-crispr/

Pour l’anecdote la société chinoise BGI (Beijing Institute of Genomics) a réussi à produire des cochons miniatures pesant à peine un dizaine de kilos modifiés génétiquement à partir de cellules embryonaires de cochons de race Bama déjà miniatures car pesant entre 30 et 50 kilos en inactivant un des deux gènes codant pour le récepteur de l’hormone de croissance. Il ne s’agit cependant pas d’une anecdote car le cochon est l’animal le plus proche de l’homme physiologiquement en dehors des chimpanzés et élever ces petits cochons en laboratoire est infiniment moins coûteux que de disposer d’un élevage de cochons d’un poids moyen de 100 kilos. D’autres travaux faisant appel au « gene drive » vont permettre de produire des cochons dont les organes ne seront plus reconnus comme étrangers par l’homme et pourront être greffés sans problèmes de rejets d’exogreffes. Les militaires vont-ils aussi contrôler ce volet particulier de la biologie moléculaire moderne ?

Lien : http://english.big.cas.cn/

Les Demodex : un proxy pour « Out of Africa »

En août 2014, je relatais sur un ton un peu humoristique la généalogie des ces petits acariens qui colonisent notre corps, les Demodex. Cette fois-ci l’objet de ce billet est non plus de décrire l’histoire de ces bestioles microscopiques mais ce que l’étude de leurs gènes révèle pour préciser les mouvements des populations humaines. Ça peut paraître un peu tiré par les cheveux, sans faire de jeu de mots puisque ces parasites vivent surtout dans les glandes sébacées associées au follicules pileux, mais le mode de transmission d’homme à homme et la durée de vie du parasite, une quinzaine de jours, font qu’on peut suivre de génération en génération (humaine) l’identité des Demodex par analyse de leur ADN mitochondrial et reconstituer les mouvements passés des populations. Cette approche n’est pas possible avec les bactéries car elles se divisent trop rapidement alors que les Demodex se multiplient 1000 fois plus lentement.

L’étude réalisée sous la direction du Docteur Michelle Trautwein du Centre de Génomique Comparative de l’Académie des Sciences Californienne à San Francisco a révélé toutes sortes de surprises. Par exemple, les Afro-Américains, entendez les Noirs-Américains, ont gardé des Demodex d’origine africaine pendant plusieurs générations … Deux-cent-quarante souches de Demodex prélevées sur 70 personnes d’origines ancestrales différentes ont été étudiées et ce travail a permis de mettre en évidence quatre familles de Demodex folliculorum. Il s’agit dans l’ordre phylogénétique des Demodex d’origine africaine (A), les « plus anciens », dont descendent ceux d’origine asiatique (B) et ceux originaires d’Amérique Latine (C) et enfin les Demodex d’origine européenne (D). Il s’agit de 4 branches distinctes qu’on appelle clades descendant toutes du même ancêtre. Les résultats de cette étude confirment donc l’hypothèse « Out of Africa » de l’origine de l’homme et les mouvements de populations au cours des millénaires :

Cette étude est intéressante car le parasite se transmet de génération en génération par la mère à son enfant et entre congénères. Cependant l’illustration ci-dessous montre clairement qu’il y a coexistence des différents clades de Demodex :

Il faut considérer qu’entre 1500 et 1866 un nombre considérable d’Africains (esclaves) furent établis en Amérique Centrale et du Sud, dix fois plus qu’en Amérique du Nord. C’est la raison pour laquelle on y retrouve majoritairement les Demodex d’origine africaine. D’autre part, la population de Demodex est stable au cours de nombreuses générations humaines, une sorte d’empreinte génétique parasitaire spécifique de chacun d’entre nous que nous transmettons à nos petits-enfants et arrière-petits-enfants depuis peut-être des millénaires … Ce parasite presque anodin a permis de vérifier, on pourrait dire humblement, que les mélanges de populations humaines furent constants et eurent pour conséquence une coexistence chez un individu donné de plusieurs sous-familles distinctes qu’on appelle des haplotypes dans le langage des généticiens. Par exemple la dispersion en Amérique du Sud des clades d’origine africaine (en brun) a introduit une coexistence avec les clades d’origine européenne (en bleu) tout simplement à la suite de métissages ou de simples contacts cutanés. Inversement chez les sujets de descendance asiatique on retrouve majoritairement la présence de clades de Demodex d’origine européenne et là encore cette mixité s’explique par la présence d’Européens en Asie depuis le XVIIe siècle.

L’étude a été essentiellement conduite sur des sujets résidant aux USA mais d’origines diverses. Les mélanges étaient donc prévisibles. Il reste que cette étude très documentée confirme quel fut dans le passé le peuplement de l’ensemble de la planète par l’homme originaire d’Afrique. Comme quoi on a souvent besoin d’un plus petit que soi pour trouver une explication à notre origine …

https://jacqueshenry.wordpress.com/2014/08/31/et-si-on-parlait-des-demodex-une-nouvelle-marque-de-pret-a-porter-non-un-parasite-commun-pourtant-inconnu/

 Photo : Power & Syred, Source et illustrations : www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1512609112

La controverse du tardigrade

Avant d’exposer la controverse qui est le sujet de ce billet il faut rappeler brièvement ce qu’est un tardigrade. C’est peut-être la créature à huit pattes, un peu comme les acariens, la plus communément répandue dans le monde, de l’Arctique à l’Antarctique, dans les déserts brûlants et secs, les très hautes montagnes et les profondeurs des abysses, ici Hypsibius dujardini, rien à voir avec l’acteur de cinéma ! Non seulement ces bestioles résistent à la dessiccation quasi totale mais elles peuvent être plongées dans de l’hélium liquide ( -272 °C) ou dans un four à 149 °C, elles résistent toujours (elles se moquent des changements climatiques), ou être soumises à des radiations ionisantes plusieurs centaines de fois plus élevées que les doses létales pour l’homme, elles résistent encore. Ce sont les êtres vivants autres que les bactéries les plus vieux sur Terre puisqu’on en a identifié dans des roches datant de plus de 600 millions d’années. Le tardigrade est opportuniste et se nourrit de plantes, de lichens et de détritus microscopiques d’origine animale pour atteindre une taille d’environ un demi-millimètre. Voilà pour le tardigrade.

La controverse qui a agité le monde scientifique ces dernières semaines a en réalité été provoquée par les machines de séquençage de l’ADN qui lisent ce qu’on veut bien leur donner à lire. En effet l’un des points les plus critiques de cette technologie est la préparation de l’échantillon d’ADN car l’une des premières étapes consiste à amplifier cet ADN et si l’échantillon est contaminé alors ces contaminations sont également amplifiées. Il est donc nécessaire d’être absolument certain que l’échantillon est « propre » avant de tirer des conclusions hâtives depuis les résultats recrachés par la machine de séquençage Illumina.

C’est pourtant ce qui est arrivé, et c’est assez fâcheux, à l’équipe de biologistes de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill qui a clamé dans un article des PNAS que le tardigrade avait emmagasiné des milliers de gènes d’origine bactérienne, une exception dans le règne animal, un transfert horizontal massif, du jamais vu (voir le lien).

Une équipe de l’Université d’Edinburgh en Écosse avait aussi travaillé sur la séquence d’ADN du même tardigrade et a publié ses travaux quelques jours après ceux de l’équipe de Caroline du Nord en leur opposant un démenti cinglant (voir le lien en accès libre sur biorxiv.org). L’équipe écossaise dirigée par le Docteur Mark Blaxter a développé un ensemble d’arguments permettant de prouver sans ambiguité que les travaux des Caroliniens étaient lourdement entachés d’erreur.

Il en est ressorti que le génome du tardigrade utilisé, Hypsibius dujardini, comprend 135 millions de paires de bases et peut coder pour 23021 protéines différentes ( http://www.tardigrades.org ), ce qui n’a pas encore été vérifié. Si on se souvient que le génome humain code pour à peine 25000 protéines différentes, il nous faut rester modestes ! La controverse a donc trouvé une issue très rapidement. Le tardigrade est un animalcule plutôt compliqué, possédant un système nerveux et une sorte de squelette constitué de fibres musculaires avec des pattes munies de crochets, un orifice buccal, un tube digestif et des organes reproducteurs. Inutile de souhaiter une longue vie au tardigrade qui a été promu au rang d’animal de laboratoire pour réaliser des études sur l’évolution du développement car son proche cousin est le « ver velours » qu’on ne trouve par contre que dans les régions tropicales, ici un Onichophora, qui ne lui ressemble pas du tout …

PNAS : DOI : 10.1073/pnas.1510461112

biorxiv en accès libre : http://dx.doi.org/10.1101/033464

Illustrations Wikipedia

À la recherche du « troisième homme » …

Les toutes nouvelles techniques de séquençage de l’ADN (voir le lien) n’en finissent pas de provoquer des surprises dans de nombreux domaines de la biologie comme par exemple la population microbienne de l’intestin qui était encore largement inconnue il y a seulement quelques années. Une autre application de ces techniques est une reconsidération de la paléoanthropologie qui presque chaque semaine affine la situation des populations humaines et leurs interactions au cours des 50 derniers millénaires en particulier en Europe.

Le décryptage des anciens génomes européens a révélé la présence de trois populations ancestrales qui ont contribué à des degrés variés à l’établissement de l’Européen moderne. Il y avait d’abord un grand groupe homogène de chasseurs-cueilleurs s’étendant de l’Espagne aux grandes plaines de Hongrie. L’apparition des fermiers sédentaires en provenance du Moyen-Orient coïncidant avec la sophistication des outils notamment pour cultiver la terre (Mésolithique) a considérablement changé le patrimoine génétique des chasseurs-cueilleurs de l’Europe occidentale avec des mélanges de plus en plus fréquents en allant vers le Nord de l’Europe. Au tout début de l’Age du bronze il y eut une nouvelle vague de mélanges en provenance en particulier de la culture Yamnaya (ou Yamna, https://en.wikipedia.org/wiki/Yamna_culture ) qui s’étendait du nord de la Mer Noire vers le Caucase, grosso modo la Géorgie occidentale actuelle. La recherche de minerai de cuivre accéléra les échanges commerciaux et le mélange des populations. Cependant, la situation génétique de ces populations révélée par les récents résultats de séquençage d’ADN encore bien préservés dans les os crâniens temporaux de divers spécimens répartis dans toute l’Europe a révélé une ambiguité quant à l’origine de ce groupe dit Yamna.

La région Pontique – Caucase et Mer Noire – a toujours été un lieu d’intenses échanges de populations entre l’Europe, l’Asie et le Moyen-Orient et les travaux récents ont fait apparaître la présence d’un nouveau groupe humain de chasseurs-cueilleurs apparaissant vers la fin de la grande glaciation du Würm il y a environ 15000 ans. Une série de nouveaux travaux a permis de lever le voile sur cette population inconnue et les résultats sont tout à fait inattendus.

Il faut se remémorer que l’apparition de l’agriculture et les échanges intenses de populations dans le nord de l’Europe coïncident avec le retrait des glaces, la reconstitution progressive des forêts et la libération de terres arables. Cependant au plus fort de la période glaciaire, il y a 25000 ans, les populations migraient de l’est vers l’ouest de l’Europe et on comprend aisément que les principaux habitats étaient des grottes comme celle de Bichon en Suisse, de Loschbour en Hongrie ou celles de Kotias et Satsurblia récemment étudiées en Géorgie. Que s’est-il donc passé durant cette longue période d’incertitudes climatiques ?

Un groupe humain resta isolé dans le flanc sud du massif du Caucase pendant plus de trente mille ans sans aucun contact avec les autres populations de chasseurs-cueilleurs. Comme on peut le constater sur la figure tirée de l’article paru dans Nature ( doi : 10.1038/ncomms9912 ) les chasseurs-cueilleurs du Caucase (CHG, Grotte de Kotias) divergèrent des mêmes chasseurs-cueilleurs d’Europe de l’ouest (WHG, grottes de Loschbour et Bichon) il y a 46000 ans. Il y eut des évènements de mixité vers 24000 ans avec la branche de chasseurs-cueilleurs de l’ouest européen qui conduisirent ensuite aux premiers agriculteurs (EF, grottes de Stuttgart) et 7000 ans plus tard (vers – 17600) un nouvel événement de mixité avec les chasseurs-cueilleurs des plaines de Hongrie. Ces deux évènements coïncident avec le dernier maximum glaciaire (LGM) précédé d’épisodes plus chauds sporadiques et suivi de la fin du Würm vers 13500 ans avant l’ère présente. Les données de température proviennent du proxi de l’oxygène-18 tel qu’il a été déterminé par analyse des carottes glaciaires du Groenland (NGRIP) : plus froid, moins d’oxygène-18 et inversement.

On peut donc constater que ces peuples occupant le flanc sud du Caucase restèrent pratiquement isolés des autres populations européennes pendant presque 30000 ans ! Par la suite les gènes de cet isolat se répandirent dans toute l’Europe :

Il ne s’agit donc pas d’un peuplement provenant des steppes d’Asie Centrale comme cela avait été postulé auparavant mais d’un isolat ethnique créé par des conditions climatiques particulières.

Source et illustrations Nature, doi : 10.1038/ncomms9912

Photo : Orson Wells dans les égouts de Vienne ( The Third Man, Carol Reed, 1950, crédit Studio Canal )

http://www.illumina.com/areas-of-interest/microbiology/microbial-sequencing-methods/shotgun-metagenomic-sequencing.html

Une méduse dégénérée devient un parasite du saumon : étrange !

Il y a quelques jours je relatais une étude de cas clinique assez terrifiante, l’envahissement du corps d’un homme par des tumeurs générées par des cellules de ténia. Cette fois-ci il ne s’agit ni de ténia ni d’un être humain mais d’un parasite qui décime les fermes marines de salmonidés. Les saumons et les truites arc-en-ciel parasités deviennent fous et tournent en rond indéfiniment, ne se nourrissent plus et meurent. Leur cerveau a été parasité par une créature microscopique qu’on appelle un myxozoaire. Ce parasite obligatoire passe le plus clair de sa vie sous forme d’un amas de quelques cellules. Les poissons se contaminent en ingérant un ver annelé qui sert de véhicule aux entités infectieuses appelées actinospores :

Jusqu’à une étude parue dans les PNAS par une équipe plurinationale de biologistes (en accès libre, voir le lien) on ne savait pas trop comment classer ce parasite dont l’ADN est l’un des plus petits pour un organisme vivant. Ce qui intriguait les zoologistes était la faculté qu’avait cette étrange créature à former une sorte de tentacule pour pouvoir s’accrocher à l’hôte et s’y incorporer car elle ne peut vivre à l’état libre, le Myxobolus cerebralis étant un parasite obligatoire (photo) constitué de seulement 4 à 6 cellules. Les tentatives de classification n’étaient pas concluantes et la seule manière d’élucider la nature de cette étrange créature a donc été le séquençage de son ADN.

Il s’est avéré que ce parasite est un proche cousin des anémones de mer, des méduses et des coraux. Et quand on dit proche, c’est un abus de langage car le myxobolus par exemple a perdu une très grande quantité de gènes par rapport à ceux d’une méduse et ne peut plus s’organiser en une structure multi-cellulaire complexe. Seule cette capsule présente sur les cellules du parasite et se transformant en un dard comme ceux des anémones de mer est un vestige de parenté avec les méduses et les coraux faisant également partie de la famille des cnidaires. On se trouve donc en présence d’un parasite qui est une forme dégénérée d’une méduse (ou d’une anémone de mer) avec plus de 75 % des gènes qui ont disparu. Des gènes commandant par exemple les interactions entre cellules et la différenciation cellulaire qui sont universels dans le règne animal ont disparu, les gènes Hox, présents aussi chez l’homme …

Le plus proche parent de ce parasite est un cnidaire appelé Polypodium hydriforme vivant en eau douce et parasitant les ovaires des esturgeons mais le lien de parenté s’arrête là car entre ces deux « cousins » génétiquement apparentés les différence sont de taille. Moins d’un tiers des gènes du polypodium se retrouvent dans le myxobolus ce qui rend ce dernier un parasite endocellulaire obligatoire avec les conséquences indésirables sur le système nerveux des salmonidés et également les dégâts économiques des éleveurs de poissons. Les êtres vivants d’adaptent pour engendrer des êtres étranges  !

Source : PNAS : www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1511468112

https://jacqueshenry.wordpress.com/2015/11/06/une-etude-de-cas-clinique-terrifiante/

Une étude de cas (clinique) terrifiante

Ça se passe à Medellin en Colombie mais il n’y a aucune raison que ce genre de cas clinique n’apparaisse pas dans n’importe quel autre pays. Il s’agit du cas d’un malade de 41 ans qui est allé consulter le médecin car il se sentait très affaibli sans raison apparente. Des examens radiologiques ont rapidement montré qu’il souffrait de multiples tumeurs réparties dans le foie, les poumons, les glandes surrénales ou encore les ganglions lymphatiques. L’analyse microscopique révéla d’étranges associations de petites cellules peu différenciées et ce n’est qu’en procédant à une analyse de l’ADN de ces cellules que les biologistes purent montrer sans aucun doute qu’elles n’étaient pas d’origine humaine.

De la vraie science fiction !

Cette analyse d’ADN révéla qu’il s’agissait de cellules d’un petit ténia (quelques centimètres de long) très commun partout dans le monde répondant au doux nom de Hymenolepiasis nana. Pour ne se rassurer qu’à moitié le malade en question était immunodéprimé (SIDA) mais quand on sait qu’à peu près 75 millions de personnes sont porteuses de ce ténia dans le monde (source CDC), surtout des enfants, il y a de quoi être terrifié. C’est le premier cas de cancer humain pouvant être considéré comme potentiellement contagieux.

Comment un ver parasite intestinal a-t-il pu provoquer des tumeurs chez son hôte habituel ?

L’analyse détaillée de l’ADN des cellules « tumorales » a montré que l’ADN du parasite avait muté de manière assez inattendue non pas par modification d’une seule base (SNP) mais par insertion de trois bases supplémentaires au niveau d’un seul site de tout l’ADN du ver (caractères gras dans la figure). S’il est impossible d’affirmer que cette mutation particulière a rendu invasives et tumorigènes les cellules du ver parasite, il n’en demeure pas moins que le résultat de cette étude de cas est particulièrement terrifiant puisqu’une telle modification diabolique d’un ADN de parasite peut apparaître n’importe où et n’importe quand !

Source et illustration : New England Journal of Medicine, DOI : 10.1056/NEJMoa1505892 , photo Wikipedia.

Note pour les curieux : Une guanine a été insérée entre les deux thymines du codons TTG de la leucine, une autre guanine a été insérée entre les première et deuxième thymines du codon TTT de la phénylalanine et une adénine a été insérée entre les première et deuxième thymine de l’autre codon TTT de phénylalanine modifiant profondément la séquence par introduction d’un aminoacide supplémentaire sans modifier la séquence subséquente mais avec introduction d’une cystéine et d’un acide aspartique.