Paris, 17 janvier 2012

Récepteur de la vitamine D : première observation 3D en intégralité
Pour la première fois, une équipe de l'Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (IGBMC, Université de Strasbourg/CNRS/Inserm) a réussi à photographier en entier, en 3D et à haute résolution (1), une petite molécule vitale, enfermée au cœur de nos cellules : le récepteur de la vitamine D (VDR). Publiée le 18 janvier 2012 dans la revue The EMBO Journal, cette étude apporte des informations clefs sur la structure 3D et le mécanisme d'action du récepteur au niveau moléculaire. Ces données sont cruciales pour la recherche pharmaceutique, le VDR étant impliqué dans de nombreuses maladies, comme les cancers, le rachitisme et le diabète de type 1.
Appartenant à ce que les biologistes appellent « la grande famille des récepteurs nucléaires », des protéines actives dans le noyau des cellules, dont font aussi partie les récepteurs « stéroïdiens » (récepteurs aux hormones sexuelles, etc.), le récepteur de la vitamine D (VDR pour vitamine D receptor) joue un rôle primordial. Il régule l'expression de gènes impliqués dans diverses fonctions biologiques vitales (croissance des cellules, minéralisation des os,...).

Jusqu'ici, les chercheurs n'avaient pu étudier de près que deux parties de ce récepteur : la région en interaction avec l'ADN et le domaine liant la vitamine D. Ces deux morceaux avaient été produits en laboratoire et leur structure étudiée individuellement avec la technique de cristallographie. Cette méthode n'avait pas permis de visualiser le VDR en entier car il s'est avéré difficile à cristalliser.

Pour relever ce défi - qui mobilise plusieurs équipes dans le monde depuis plus de 15 ans -, les groupes de Bruno Klaholz et de Dino Moras, tous deux directeurs de recherche CNRS à l'IGBMC, ont utilisé une technique innovante : la cryo-microscopie électronique (cryo-ME), qui nécessite un microscope électronique de dernière génération, dit « à haute résolution ». Ce bijou de technologie permet de visualiser des objets biologiques à l'échelle moléculaire, voire atomique. En France, le premier a été installé en 2008 à l'IGBMC (2). Avant ces travaux, beaucoup pensaient impossible l'étude du VDR avec la cryo-ME. En effet, jusqu'ici, les plus petites molécules visualisées avec cette technique pesaient plus de 300 kilodaltons (3) (kDa), voire quelques milliers de kDa, soit beaucoup plus que le VDR, qui pèse 100 kDa et mesure tout juste 10 nm (10 x 10-9 m).

Concrètement, Bruno Klaholz et ses collègues ont produit en laboratoire de grandes quantités du récepteur VDR humain dans des bactéries Escherichia coli (l'un des modèles les plus utilisés en biologie pour produire des protéines). Puis ils ont isolé le récepteur dans une solution physiologique contenant de l'eau et un peu de sel. L'échantillon contenant le VDR a ensuite été congelé en le plongeant dans de l'éthane liquéfié, ce qui permet un refroidissement extrêmement rapide (en une fraction de seconde, l'échantillon passe de 25°C à environ -184°C). Il a fallu, enfin, prendre 20 000 photos de particules du VDR dans différentes orientations à l'aide du microscope. Ce sont ces images qui, alignées et combinées grâce à un programme informatique, ont fourni, au final, une reconstruction en 3 D du VDR.

Cette image apporte des informations inédites sur le fonctionnement du récepteur. Elle révèle que le VDR et son partenaire RXR (récepteur du rétinoïde X, un dérivé de la vitamine A) forment une architecture ouverte, avec le domaine de liaison de la vitamine D orienté presque perpendiculairement au domaine de liaison à l'ADN (voir figure ci-dessous). Cette structure suggère une coopération entre les deux domaines, qui agiraient ensemble pour induire une régulation très fine de l'expression des gènes cibles.

Pionnier, ce travail ouvre la voie à l'étude de plusieurs autres récepteurs nucléaires vitaux encore mal étudiés. Notamment, les biologistes pensent désormais à utiliser la cryo-ME pour révéler la structure des récepteurs stéroïdiens.

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Paris, 30 JANVIER 2013

Les hormones androgènes pourraient permettre de traiter la sclérose en plaques
La testostérone et ses dérivés pourraient constituer un traitement efficace contre les maladies de la myéline telles que la sclérose en plaques. C'est ce que montrent les travaux réalisés par des chercheurs du Laboratoire d'imagerie et de neurosciences cognitives1 (CNRS/Université de Strasbourg), en collaboration notamment avec l'unité « Neuroprotection et neurorégénération : molécules neuroactives de petite taille » (Inserm/Université Paris-Sud)2. La myéline compose les gaines qui protègent les fibres nerveuses et permettent d'augmenter la vitesse de l'influx nerveux. Un déficit dans la production de la myéline ou bien sa destruction conduit à de graves maladies pour lesquelles il n'existe actuellement aucun traitement curatif. Les chercheurs viennent de montrer, chez des souris dont les fibres nerveuses du cerveau ont été démyélinisées, que la testostérone et une molécule analogue de synthèse induisent la régénération des oligodendrocytes, les cellules responsables de la myélinisation et stimulent la remyélinisation. Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue Brain.
La sclérose en plaques est une maladie dégénérative de la myéline qui s'accompagne d'une inflammation prononcée du système nerveux central. Touchant environ 80 000 personnes en France, elle se caractérise par des troubles de la motricité et de la vision et par des atteintes neurologiques comme des difficultés d'élocution. On savait déjà que la maladie présentait une composante hormonale. En effet, les femmes sont deux fois plus atteintes que les hommes, bien que le pronostic soit moins bon pour le sexe masculin. De plus, il a été observé que les femmes enceintes atteintes de sclérose en plaques se portent mieux durant leur grossesse, lorsque leurs taux d'hormones sont élevés. L'équipe dirigée par le Dr Said Ghandour avait déjà montré l'effet protecteur de la testostérone sur les oligodendrocytes (cellules responsables de la myélinisation).

Pour cette étude, les chercheurs ont tout d'abord induit une démyélinisation chronique des fibres nerveuses dans le cerveau de souris. Pour cela, ils ont intégré à leur nourriture de la cuprizone, une molécule qui séquestre le cuivre. Les souris ont alors présenté une démyélinisation chronique analogue à celle observée au cours de la phase progressive de la sclérose en plaques. Elles ont ensuite été traitées à la testostérone durant 6 à 9 semaines. Résultat : leurs fibres nerveuses ont été à nouveau myélinisées et leurs symptômes se sont remarquablement atténués. Les mêmes effets ont été obtenus en utilisant un analogue de synthèse de la testostérone, la 7-alpha-méthyl-19-nortestostérone (MENT).

Les chercheurs ont par la suite montré que ces androgènes entrainaient la transformation des cellules souches neurales en oligodendrocytes et favorisaient la synthèse de myéline par les oligodendrocytes, conduisant à la préservation de l'intégrité des fibres nerveuses. Ils ont ensuite répété l'expérience, mais cette fois-ci en utilisant deux souches de souris transgéniques : l'une comportait un récepteur des androgènes muté et l'autre un récepteur qui avait été invalidé sélectivement dans le système nerveux central. Sur ces souris insensibles aux androgènes, la testostérone n'a pas stimulé de remyélinisation des fibres nerveuses.

Ces résultats identifient le récepteur des androgènes comme une cible thérapeutique prometteuse pour le traitement de maladies comme la sclérose en plaques. Ils ouvrent la voie à l'utilisation des androgènes pour favoriser la régénération de la myéline. Des travaux complémentaires devraient par ailleurs s'intéresser à la possibilité d'utiliser les taux sanguins de testostérone comme biomarqueurs pour évaluer la progression des maladies démyélinisantes.

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REPROGRAMATION  ET  EPIGENESE

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Paris, 21 février 2012

Existe-t-il dans les profondeurs du cerveau un centre général de la motivation ?

L'équipe de Mathias Pessiglione, chargé de recherche Inserm du « Centre de recherche en neurosciences de la Pitié-Salpêtrière » (Inserm/UPMC-Université Pierre et Marie Curie/CNRS) a identifié la partie du cerveau impliquée dans la motivation lors d'une action mêlant effort physique et mental : le striatum ventral. Les résultats de leur étude sont publiés dans PLoS Biology le 21 février 2012.
Les résultats d'une activité (physique ou mentale) dépendent en partie des efforts consacrés à cette activité qui peuvent être motivés par une récompense. Par exemple, le sportif est susceptible de s'entrainer « plus intensément » si le résultat lui apporte un prestige social ou monétaire. Il en va de même pour l'étudiant qui prépare ses examens dans l'objectif de réussir sa carrière professionnelle. Que se passe-t-il lorsque des efforts physiques et mentaux sont nécessaires pour atteindre un objectif ?

L'équipe de Mathias Pessiglione de l'unité Inserm 975 « Centre de recherche en neurosciences de la Pitié-Salpêtrière » a cherché à savoir si des efforts mentaux et physiques sont conduits par un centre de motivation commun ou s'ils sont menés par des parties distinctes du cerveau. Les chercheurs ont donc étudié les mécanismes neuronaux qui découlent d'une activité mêlant l'action et la cognition.

Pour ce faire, un test de 360 essais, conjuguant effort mental et physique, a été réalisé sous l'œil d'un scanner. Les 20 participants volontaires allongés la tête dans un appareil d'IRM fonctionnelle doivent exécuter plusieurs séries de tâches leur permettant d'accumuler des gains qu'ils peuvent remporter mais qui sont plafonnés pour chaque série à partir de la première réponse fausse de la série. Ces tâches mêlent une action cognitive et une action motrice. Les participants doivent trouver le chiffre le plus grand numériquement parmi des chiffres de tailles différentes et le sélectionner en serrant soit la poignée située au niveau de leur main gauche ou de leur main droite en fonction de là où se trouve ce dit chiffre. A la fin de l'essai, un récapitulatif des gains est projeté de manière à motiver le participant.

Grâce aux images obtenues à partir des clichés des IRM effectués lors du test, l'équipe de Mathias Pessiglione a identifié dans la profondeur du cerveau un système motivationnel général, c'est-à-dire une structure capable d'activer n'importe quel type d'effort, qu'il soit mental (comme se concentrer sur ce qu'on fait) ou physique (comme soulever une charge). En effet, les chercheurs ont constaté que le striatum ventral s'activait en proportion de la somme en jeu et que plus le degré de motivation était fort, plus l'activation était importante. De plus, le striatum ventral se connecte à la partie médiane du striatum (le noyau caudé) lorsque la tâche à réaliser est difficile sur le plan cognitif (lorsque la taille physique et la grandeur numérique des chiffres ne correspondent pas). Réciproquement cette région ventrale sollicite la partie latérale du striatum (le putamen) lorsque la difficulté se situe sur le plan moteur (lorsqu'une forte pression doit être exercée sur les poignées).

Les chercheurs suggèrent donc que la motivation peut être codée par le striatum ventral. Ce dernier conduisant soit la partie motrice soit la partie cognitive du striatum selon l'action à mener pour l'amplifier. « Le striatum ventral pourrait commuter les connexions en fonction de la demande, c'est-à-dire amplifier l'activité neuronale dans le noyau caudé pour une opération cognitive et dans le putamen pour une action physique » explique Mathias Pessiglione.

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