Les chauve-souris au secours de la recherche sur le cancer !

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Les chauve-souris, outre le fait que ce sont les seuls mammifères capables de voler, ont une espérance de vie démesurément longue si on considère leur taille et leur poids comparés à d’autres mammifères. Elles ont envahi tous les continents à l’exception des régions arctique et antarctique et elles sont les seconds mammifères du monde de par leur diversité. Une autre caractéristique des chauve-souris est leur formidable adaptation à toutes sortes d’agents pathogènes dont en particulier des virus mortels tels que celui de la rage ou de la fièvre Ebola. Enfin, pour souligner ces particularités les chauve-souris semblent indemnes de cancers. Parmi toutes les chauve-souris en captivité répertoriées dans le monde – des dizaines de milliers – il n’y a eu que 5 cas de cancers avérés alors qu’elles ont une espérance de vie en moyenne 3,5 fois plus longue que d’autres mammifères du même poids et dont beaucoup ne sont pas du tout à l’abri d’un cancer. Le record de longévité d’une chauve-souris est de 30 ans.

Je me permets de glisser ici une anecdote vécue à propos de chauve-souris. Il y avait, quand j’habitais là-bas, un restaurant à Port-Vila (Vanuatu) – « l’Houstalet » – tenu par un Français qui proposait au menu de la roussette (Pteropus conspicillatus qui fait partie des grands chiroptères) cuite dans ses ailes et non vidée au préalable. Je n’ai jamais osé goûter à ce mets car le patron avait pour animal de compagnie une roussette femelle qui m’avait adopté. Chaque fois que j’allais boire un verre ou bavarder avec des amis je prenais cette créature contre moi, elle avait appris à se tenir la tête en haut, et elle me léchait le cou en me regardant avec ses grands yeux un peu jaunes pleins de douceur … Selon le patron du restaurant elle avait plus de 20 ans.

Mais revenons au propos de ce billet. Une équipe de biologistes de l’Ecole de Médecine de Singapour s’est intéressée à la chauve-souris pour tenter d’expliquer pourquoi elle était aussi résistante à toute forme de cancer et également pourquoi elle avait une espérance de vie aussi démesurément longue. Ils se sont penché sur des cultures de cellules de Pteropus alecto, un cousin de la roussette du Vanuatu, appelé aussi renard noir volant, commun en Indonésie. Si on met en contact des cellules de Pteropus en culture un puissant inhibiteur de la topoisomérase, enzyme qui provoque des cassures de l’ADN double-brin, comme de l’etoposide ou de la doxorubicine, l’etoposide étant utilisé pour traiter certaines formes de cancers chez l’homme, ces cellules semblaient remarquablement résistantes à cet agent. L’explication fut trouvée en constatant l’abondance dans ces cellules d’une forme phosphorylée d’histone H1. Cette même activité enzymatique spéciale consistant à transférer un phosphate sur ces protéines (les histones) intimement associées à l’ADN nucléaire était présente dans ces cellules avec des activités spécifiques beaucoup plus élevées que pour des cellules humaines ou murines en culture. De même, ces cellules étaient étrangement résistantes à une forte, mais non létale, irradiation avec des rayons gamma pour la même raison.

Il restait à expliquer pourquoi les chauve-souris vivent aussi longtemps et l’explication trouvée réside dans le fait que ces cellules de chauve-souris disposent d’un mécanisme incroyablement efficace pour se débarrasser de tout produit d’origine intra-cellulaire ou d’origine artificielle, on dit xénobiotiques. En effet les cellules originaires de chauve-souris possèdent un taux anormalement élevé d’un transporteur membranaire fonctionnnant dans une seule direction, de l’intérieur de la cellule vers l’extérieur, in vivo vers le liquide interstitiel. Il s’agit du transporteur ABC, acronyme de ATP Binding Cassette transporter, et dans le cas de celui impliqué dans l’expulsion – on peut appeler le processus ainsi – de la doxorubicine il s’agit du transporteur ABCB1. L’implication de ce type de transporteur dans certaines formes de cancer résistants aux traitement chimiothérapique avait déjà été observé. En effet sa biosynthèse, dans ces cancers, se trouve dérégulée et les cellules cancéreuses deviennent insensibles à tout traitement curatif.

Cette observation a permis d’expliquer en partie la longévité inattendue des chauve-souris : elles sont capables d’éliminer très efficacement toute substance pouvant provoquer une mort cellulaire prématurée car la chauve-souris surexprime cette forme de transporteur. Naturellement ce processus de transport consomme beaucoup d’énergie, il faut donc que les mitochondries soient capables de suppléer à cette demande en énergie, en d’autres termes que les cellules soient en bonne santé.

Ce qui intrigua aussi ces biologistes de Singapour est l’apparente immunité des chauve-souris à toutes sortes de virus. Encore une fois ce même transporteur est activé par la présence d’un virus, que ce soit ceux de la rage, d’Ebola, de la fièvre de Marburg, du SARS et de bien d’autres, et les cellules expulsent aussi ces virus à l’aide du même transporteur.

Quand on songe que les éoliennes installées à tort et à travers dans les pays développés tuent des millions de chauve-souris, il ne nous reste que les yeux pour pleurer la disparition de ces mammifères incroyablement divers et riches en enseignements – au moins pour les biologistes – qui pourraient améliorer la condition humaine …

Source : https://doi.org/10.1038/s41467-019-10495-4

La douve du foie fait toujours autant de ravages !

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J’ai parlé il y a quelques jours des Demodex, ces acariens microscopiques vivant dans les glandes sébacées, ce sont des parasites presque externes qui ne modifient en rien le fonctionnement interne du corps. Par contre il existe une multitude de parasites internes par exemple de la famille des ténias ou des douves, pour n’en citer que deux mais il ne faut pas oublier de mentionner le Plasmodium de la malaria qui est aussi classé parmi les parasites. Bref, si on se limite à un ténia particulier comme l’échinocoque (Echinococcus multilocularis) il se fixe préférentiellement dans le foie et la parasitose se termine par un cancer mortel du foie. Ce parasite redoutable est transmis par le renard qui s’est au préalable nourri de rongeurs infestés et l’homme constitue l’hôte final dont il mourra à coup sûr. L’échinocoque est toujours présent en Europe et sur le pourtour méditerranéen. Il est cependant très difficile d’établir une épidémiologie précise car il faut parfois plus de 20 ans pour que se développe le cancer final du foie après avoir par exemple mangé des myrtilles sur lesquelles un renard infesté avait uriné. Il s’agit là de l’un des modes de transmission les plus connus.

Pour ce qui concerne encore le foie, il y a donc aussi les parasites de la famille des douves dont on connait le cycle de développement au moins pour l’une d’entre elles, l’Opisthorchis (voir le schéma, CDC) qui provoque des tumeurs de l’arbre biliaire également fatales :

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L’infestation se fait communément en mangeant du poisson cru vivant dans des rivières ou des bassins où se trouve également un escargot faisant partie du cycle de reproduction de cette douve qui peut atteindre deux centimètres et demi de long et un demi centimètre de large, l’horreur ! puisqu’il peut y en avoir plusieurs bien au chaud à l’intérieur du foie :

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Une étude réalisée au sein d’une collaboration internationale entre les Universités de Singapour, de Khon Kaen en Thaïlande, de Melbourne et d’autres instituts de recherche a permis d’élucider le génome de ce parasite et de préciser le mécanisme conduisant à l’apparition de cancer. On estime en effet que plus de cent millions de personnes sont porteuses de ce parasite en particulier en Thaïlande, Laos, Cambodge, Vietnam mais aussi en Chine, en Malaisie et en Indonésie. Il n’existe pas de traitements efficaces homologués pour éradiquer le parasite et les sujets infestés sont condamnés à une mort prématurée certaine s’ils ne sont pas éventuellement traités à temps avec le seul médicament disponible appelé Praziquantel également efficace contre l’Échinocoque mais dont l’usage est plutôt réservé aux vétérinaires car il n’existe pas ou peu de données sur la pharmacologie de ce produit dont on connait mal le mode d’action.

L’élucidation du génome de ce parasite pouvait constituer la base d’une connaissance approfondie de son métabolisme dans la bile, un environnement particulièrement hostile contrairement au sang qui est peut-on dire un milieu physiologique satisfaisant. La bile contient à plus de 80 % des détergents puissants dérivés du cholestérol, l’un des plus connus étant l’acide cholique, il s’agit donc d’un liquide plutôt hostile mais l’Opisthorchis viverrini s’en accommode et la connaissance du génome complet du parasite a permis non seulement de faire avancer la connaissance sur le mécanisme oncogène mais a apporté de précieux renseignements sur le métabolisme afin de développer de nouveaux produits permettant d’atteindre des traitements plus adaptés.

Brièvement le génome de l’Opisthorcis (11 paires de chromosomes) comporte 634 millions de paires de bases codant pour 16379 protéines. Plusieurs centaines de ces protéines sont des enzymes particulièrement adaptés au substrat que constitue la bile, un milieu riche en acides gras, en lipoprotéines de diverses densités et très riche en acide cholique. De plus l’Opisthorcis sécrète des protéines spéciales qui lui permettent de se nourrir partiellement en attaquant les cellules de l’épithélium de l’arbre biliaire appelées cholangiocytes. C’est en endommageant ces cellules qu’apparaissent des réactions inflammatoires qui vont conduire à l’apparition de cellules cancéreuses favorisée par l’expression perturbée par la présence du parasite de gènes codant pour des protéines appelées proto-oncogènes. L’illustration tirée de l’article paru dans Nature ne peut pas mieux résumer ce qui se passe au niveau des canaux biliaires (DOI: 10.1038/ncomms5378) :

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Cette étude va peut-être permettre de mettre au point des médicaments ciblant les enzymes de la douve lui permettant de survivre dans la bile ou d’interférer avec les autres protéines également produites par ce parasite qui présentent des propriétés oncogènes. Pour les curieux, une douve comme l’Opisthorcis peut vivre jusqu’à 15 ans dans le foie, un véritable animal de compagnie !

Sources : Université de Singapour : http://www.a-star.edu.sg/Media/News/Press-Releases/ID/3316/ , Nature. Voir aussi :http://www.plosmedicine.org/article/info:doi/10.1371/journal.pmed.0040201

Du fossile vivant à la high-tech

La limule ou crabe fer à cheval (Limulus polyphemus) est un véritable fossile vivant comme le coelacanthe. Ces bestioles bizarres pullulaient déjà il y a un demi milliard d’années et si je dis bestioles bizarres c’est tout simplement parce que ce ne sont pas des crabes mais des parents éloignés des araignées et des scorpions. De plus ils ont le sang bleu et quatre paires d’yeux comme les araignées et en plus un œil spécial isolé qui détecte les UV. Bizarres, oui, j’ai bien dit bizarres … Mais ce qui est encore plus remarquable c’est la propriété de ce « sang » bleu qui doit sa couleur à un pigment se liant fortement à l’oxygène, l’hémocyanine, contenant du cuivre alors que l’hémoglobine contient du fer. Mais la bizarrerie de la limule ne s’arrête pas là. Ce sang bleu contient aussi des globules bleues (amebocytes) et ce sont ces dernières qui sont d’une utilité majeure en médecine car elles renferment des protéines bizarres qui présentent la propriété unique de se gélifier au contact des bactéries, un genre de facteur de coagulation appelé coagulogène qui a pour rôle d’immobiliser les bactéries et ainsi de protéger la limule, une sorte de système défense antimicrobien rudimentaire mais d’une rare efficacité.

Avant la découverte des propriétés du sang bleu des limules, les pyrogènes ou endotoxines pouvant se trouver dans n’importe quelle préparation biologique injectable étaient mesurés en inoculant un échantillon à des lapins et en mesurant s’ils avaient de la fièvre, simple mais très coûteux et long parce qu’ils ne pouvaient être utilisés qu’une seule fois et passés ensuite au four. On imagine le carnage car il fallait des élevages spéciaux pour fournir les laboratoires pharmaceutiques et c’était parfois des milliers de lapins sacrifiés chaque semaine pour effectuer ces tests de recherche des pyrogènes ou toxines bactériennes afin de certifier la qualité des produits biologiques à usage thérapeutique. Le sang bleu des limules a donc été utilisé pour mettre au point un test strictement standardisé appelé LAL, acronyme de « Limulus Amebocyte Lysate » relativement simple à mettre en œuvre et encore maintenant universellement utilisé.

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La première étape consiste donc à carrément saigner les limules (voir l’illustration ci-dessus tirée de Business Insider) puis récupérer les amebocytes par centrifugation, les faire éclater (lyser) dans de l’eau distillée et le liquide résultant est utilisé pour les tests de recherche de pyrogènes. Ce test est d’une efficacité extraordinaire puisqu’il est capable de détecter une partie par milliard en poids d’une toxine bactérienne, autant dire presque rien. Mais le gros problème est que saigner ces limules presque à blanc-bleu puis les relâcher loin de l’endroit où elles ont été capturées pour diminuer le risque d’une nouvelle saignée qui pourrait leur être fatale ne suffit pas. Des études ont montré que près de 20 % de ces bestioles bizarres succombaient à ce mauvais traitement. Pourquoi ne pas faire appel au génie génétique ou plus précisément à des organismes génétiquement modifiés (OGM) pour produire l’équivalent du lysat des amebocytes. On a bien abandonné l’extraction de l’insuline de porc quand la production de l’authentique insuline humaine a finalement été réalisée avec des levures génétiquement modifiées ( http://www.idf.org/about-insulin-0 ). Certes les cinq firmes impliquées dans ce business juteux de production du LAL ne sont pas vraiment d’accord puisqu’un litre de lysat est vendu 15000 dollars mais si la population de limules venait à chuter ce business disparaîtrait et avec lui les tests LAL. D’où cette approche génétique mais qui n’est pas aussi simple qu’on pourrait le croire car le processus de coagulation fait intervenir trois facteurs différents et le coagulogène pour finalement faire apparaître le caillot caractéristique facilement détectable. Une équipe de biologistes de l’Université de Singapour a donc réussi à produire avec des levures l’un des facteurs impliqué dans le processus en couplant l’essai à une molécule développant une couleur bleue par fluorescence dans l’essai rendant la technique encore plus sensible. Les curieux peuvent aller voir cette publication ( http://www.horseshoecrab.org/research/sites/default/files/TIBTECH-rFC.pdf ) ou se reporter au site de la firme Lonza ( http://www.lonza.com/campaigns/pharmabiotech/pryogene-rfc-evaluation-program.aspx ) qui commercialise ce test LAL sous le nom de PyroGene.

Non seulement les limules pourront vivre tranquilles mais le test est très spécifique et ne souffre pas de l’inconvénient des faux positifs toujours très gênants car pouvant conduire à des erreurs de diagnostic pouvant être fatales pour les malades. La société allemande Hyglos est aussi sur le marché avec le kit de test EndoLISA ( http://www.pinterest.com/endotoxintest/endotoxin-detection-recombinant-factor-c/ ).

Mais il n’y a pas que la limule qui ait imaginé un système de défense aussi efficace contre les bactéries il y a aussi la grenouille africaine commune bien connue des embryologistes et des biologistes Xenopus laevis. Les œufs de cette grenouille ont été observés par des générations d’étudiants pour noter la croissance de l’embryon qui ressemble à s’y méprendre à l’embryon humain au moins dans les premiers stades de son développement. Certains se souviennent aussi du test de grossesse dit de la « grenouille ». C’est le même batracien qui était utilisé dans ce test car l’urine des femmes enceintes induit une ovulation chez la femelle du xénope sous l’effet des énormes quantités de la choriogonadotropine (HCG) présentes dans l’urine. Autant dire que les grenouilles africaines sont maintenant tranquilles puisque l’HCG est détectée dans l’urine pour les tests de grossesse à l’aide d’un petit papier qui se colore en présence d’HCG.

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Les grenouilles africaines présente la particularité d’être résistantes à de nombreuses bactéries en sécrétant sur leur peau des petits peptides bactéricides. Des ingénieurs en biotechnologie de l’Université de Princeton ont appliqué ce mécanisme de résistance qui est rudimentaire mais aussi d’une rare efficacité en synthétisant ces petits peptides et en les fixant sur un substrat électronique utilisé pour réaliser des diodes. Quand on expose ce détecteur à des bactéries ou des endotoxines un courant électrique apparaît et est amplifié pour donner un signal quantitatif, aussi simple que ça ( http://www.eurekalert.org/pub_releases/2010-10/pues-nsd101910.php ).

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Bonne nouvelle pour les limules et aussi les oiseaux migrateurs qui se nourrissent de leurs œufs, en particulier les bécasseaux maubèche (Calidris canutus) qui migrent depuis l’extrémité sud de l’Amérique du Sud vers les côtes du Massachusetts pour se goinfrer d’oeufs de limules.

Source : inspiré d’un article de Business Insider