Les microARNs peuvent être aussi des régulateurs positifs de l’expression des gènes
 
Les microARNs sont des régulateurs négatifs de l’expression des gènes. L’équipe de Jean-Philippe Combier, au Laboratoire de recherche en sciences végétales, vient de montrer qu’il existe chez les plantes des microARNs naturels pouvant protéger les ARN messagers de leurs gènes cibles contre la régulation négative par d’autres microARNs de la même famille. Ces travaux ont été publiés le 29 décembre 2016 dans la revue Cell, Host and Microbe.

Les microARNs sont des petits ARNs qui régulent la plupart des processus de développement chez les plantes et les animaux et sont impliqués dans de nombreuses pathologies chez l’Homme. Ce sont des régulateurs négatifs de l’expression des gènes car ces ARNs d’environ 21 nucléotides peuvent s’apparier par homologie avec des ARNs messagers, ce qui conduit à leur dégradation ou à l’inhibition de la traduction.

Les microARNs sont issus d’ARNs plus longs, les transcrits primaires, qui sont maturés en plusieurs étapes pour produire les microARNs actifs de 21 nucléotides. Alors que les transcrits primaires de microARNs (pri-miRNAs) avaient toujours été considérés comme des ARNs non codants, l’équipe de Jean-Philippe Combier a récemment montré que les pri-miRNAs de plantes codent de petits peptides, appelés miPEPs, qui sont des régulateurs positifs de l’accumulation des microARNs (Lauressergues et al., 2015, Nature). L’application exogène de miPEPs, par arrosage ou pulvérisation, peut ainsi augmenter l’expression des microARNs et donc induire des phénotypes développementaux (Couzigou et al., 2016, New Phytologist).
La symbiose mycorhizienne est une association symbiotique entre les racines de la plupart des plantes terrestres et des champignons Glomeromycètes. En utilisant dans cette nouvelle étude des miPEPs comme outil d’investigation du rôle des microARNs dans la symbiose mycorhizienne, les chercheurs ont montré que cinq microARNs de la famille miR171 sont des régulateurs négatifs de l’établissement de la symbiose, tandis que le 6e membre de la famille, le miR171b est un régulateur positif. Par rapport aux autres miR171, le miR171b possède un défaut d’appariement au niveau du site de clivage, ce qui le rend incapable de réguler négativement ses gènes cibles. Cette propriété avait été mise en évidence auparavant dans des études mécanistiques mais elle n’avait jamais été décrite pour un microARN naturel. Au-delà de cette impossibilité de clivage, les chercheurs ont mis en évidence que le miR171b peut même protéger son gène cible contre le clivage par d’autres miR171, ce qui en fait un microARN protecteur, régulateur positif de l’expression des gènes.

Finalement, en étudiant la régulation spatio-temporelle de tous les miR171 et de leur gène cible au cours de la symbiose mycorhizienne, les chercheurs ont montré que le miR171b protégeait l’expression de son gène cible dans les cellules de la plantes contenant des arbuscules (qui sont les structures d’échange particulières entre la plante et le champignon), et permettait ainsi l’établissement de la symbiose.



 

En savoir plus
* Positive Gene Regulation by a Natural Protective miRNA Enables Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis
Jean-Malo Couzigou, Dominique Lauressergues, Olivier André, Caroline Gutjahr, Bruno Guillotin, Guillaume Bécard, Jean-Philippe Combier. Cell Host & Microbe. Published online: December 29, 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.chom.2016.12.001



 Contact chercheur
* Jean-Philippe Combier 
Equipe "Peptides et petits ARNs"
Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales
CNRS UMR 5546 - Université Paul Sabatier
24 Chemin de Borde Rouge 
31326 Castanet Tolosan 
05 34 32 38 11
 
Mise en ligne le 30 décembre 2016

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Paris, 20 avril 2016
Du plancton géant passé inaperçu

Une équipe de biologistes marins et d'océanographes du CNRS, de l'UPMC1 et de l'institut allemand GEOMAR révèle l'importance dans toutes les mers du globe d'un groupe d'organismes planctoniques de grande taille, appelé Rhizaria, complètement sous-estimé jusqu'à présent. Selon leurs résultats, ces organismes représentent 33 % de l'abondance totale du plancton animal de grande taille à l'échelle de l'océan mondial et contribuent à 5 % de la biomasse marine globale. Cette étude a été menée sur des échantillons acquis au cours de onze campagnes océaniques (2008-2013) couvrant les principales régions océaniques du globe et incluant l'expédition Tara Oceans. Elle est publiée le 20 avril 2016 sur le site de la revue Nature (parution papier le 28 avril2).
Invisible à l'œil nu, le plancton marin n'en est pas moins un élément essentiel à l'équilibre de notre planète. Encore très largement méconnu, il rassemble des êtres microscopiques d'une variété étonnante qui produisent la moitié de l'oxygène sur Terre et sont à la base de la chaîne alimentaire océanique qui nourrit les poissons et les mammifères marins. Les rhizaires, de leur nom latin Rhizaria, sont un groupe d'organismes planctoniques de grande taille dont on ne soupçonnait pas l'importance jusqu'à présent. La plupart des estimations de la distribution des organismes marins sont menées localement (dans une zone marine définie) et s'appuient sur la collecte réalisée avec des filets à plancton. Même menée avec le plus grand soin, cette opération peut détériorer certains organismes fragiles comme les Rhizaria et ne pas permettre de les repérer.
Des biologistes marins et des océanographes ont uni leurs compétences afin d'analyser des échantillons prélevés au cours de onze campagnes en mer réalisées entre 2008 et 2013, à l'aide d'une technique moins « destructrice », à savoir une caméra immergée et déployée vers les profondeurs. Cette méthode d'imagerie in situ – sans prélèvement – a permis d'étudier les organismes directement dans leur environnement, sans les endommager. Au total, 877 stations (correspondant à 1 454 immersions de la caméra jusqu'à 1 500 mètres) ont été effectuées: elles couvrent toutes les grandes régions océaniques du globe. Ce sont au total 1,8 million d'images que les scientifiques ont analysées afin de quantifier l'abondance et la biomasse représentées par les Rhizaria3.
Et là, surprise : leurs estimations démontrent sans ambiguïté que les Rhizaria représentent plus d'un quart de l'abondance totale du plancton animal de grande taille dans le monde. Autre résultat : ils contribuent à hauteur de 5 % de la biomasse totale présente dans les océans (en considérant tous les organismes, du plancton à la baleine). La présence des Rhizaria dans tous les océans de notre planète était passée complètement inaperçue jusqu'à ce jour. Leur répartition reste toutefois inhomogène : ce plancton géant prédomine dans des zones pauvres en nutriments (situées au centre des grands océans), qui couvrent la plus grande partie des régions océaniques. Cette distribution pourrait s'expliquer par la capacité des Rhizaria à vivre en association (symbiose) avec des micro-algues, tout comme les coraux. Dans une symbiose, l'union entre les entités repose sur des échanges réciproques d'aliments : ainsi, en bénéficiant directement des produits de la photosynthèse, les Rhizaria parviendraient à survivre dans des eaux pauvres en nutriments. Le plancton continue à livrer peu à peu ses secrets, dévoilant une richesse et une diversité insoupçonnées.

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Inhibiteurs de la protéine NS5A du virus de l’hépatite C : une seule cible pour deux actions antivirales

L’équipe de François-Loïc Cosset au Centre international de recherche en infectiologie, a élucidé un des modes d’action du Daclatasvir, un inhibiteur de la protéine NS5A requise pour la réplication du génome viral et l’assemblage du virus VHC. Cette étude qui ouvre la voie au développement d’inhibiteurs de nouvelle génération, a été publiée le 5 décembre 2016 dans la revue Gastroenterology.

Environ 180 millions de personnes sont infectées par le virus de l’hépatite C (VHC) à travers le monde. L’infection chronique engendre des perturbations hépatiques qui peuvent évoluer en cirrhose ou en hépato-carcinome. La compréhension moléculaire détaillée de certaines étapes clefs du cycle viral a permis le développement d’antiviraux à action directe à un rythme très soutenu depuis le début des années 2010, autorisant pour la première fois un réel espoir de guérison pour les personnes infectées. Ces inhibiteurs extrêmement efficaces ciblent spécifiquement 3 protéines virales agissant à des étapes différentes du cycle infectieux. On distingue les inhibiteurs de la protéase NS3/4A qui interfèrent avec le clivage de la polyprotéine virale, les inhibiteurs de la polymérase NS5B qui bloquent la réplication du génome viral, et les inhibiteurs de la phospho-protéine NS5A qui impactent la réplication et l’assemblage du virus. Si les mécanismes d’action des deux premières classes d’inhibiteurs sont relativement bien connus, celui des inhibiteurs de NS5A reste mal défini.
En utilisant des techniques d’imagerie pointues, l’équipe « Virus Enveloppés, Vecteurs et Immunothérapie », de François-Loïc Cosset a permis de conforter le rôle d’un inhibiteur de la protéine NS5A dans l’assemblage du VHC et de caractériser son mode d’action. Les chercheurs ont montré que le Daclatasvir (DCV), utilisé en clinique, induit très rapidement une agrégation de NS5A (protéine non-structurale impliquée dans la formation des structures de réplication et dans l’assemblage viral), mais également l’agrégation des protéines structurales core (protéine de capside) et E2 (glycoprotéine d’enveloppe) ainsi que de la protéine non-structurale NS4B (protéine impliquée dans la formation des structures de réplication) au sein de mêmes sites intracellulaires. Ces travaux ont également permis de mettre en évidence l’existence de telles structures au cours de l’établissement de l’infection, en absence de DCV, indiquant que les sites de réplication et d’assemblage du virus sont intimement associés et que l’inhibition de l’assemblage induit leur agrégation en concentrant les protéines non mobilisées pour la production de particules virales. Plus spécifiquement, ces travaux ont enfin démontré que le DCV bloque le transfert du génome viral (un ARN simple brin positif), lequel est effectué par la protéine NS5A depuis les sites de réplication jusqu’aux sites d’assemblage des particules virales.
Ce mécanisme d’inhibition de l’assemblage viral s’ajoute donc à celui précédemment mis en évidence de l’inhibition de la réplication du génome. Ainsi, le DCV, en ciblant une seule protéine, NS5A, agit de concert sur l’inhibition de deux étapes clefs du cycle viral. Quelques heures seulement après l’initiation du traitement, le DCV bloque le transfert du génome viral vers les sites d’assemblage, stoppant ainsi très rapidement la production de nouvelles particules virales. Parallèlement, la drogue bloque la formation de nouvelles structures de réplication, en continuel renouvellement, agissant donc plus tardivement sur la production de nouvelles molécules d’ARN viral.
La compréhension du mécanisme d’action à deux niveaux de cette classe d’inhibiteurs de la protéine NS5A pourrait ainsi expliquer l’extrême efficacité de ces molécules sur les cellules infectées et devrait faciliter le développement d’inhibiteurs de prochaine génération pour contrer les mutations de résistances qui apparaissent chez certains patients.




Figure : Modèle de l’agrégation des protéines virales induite par le Daclatasvir (DCV). En absence de DCV, les vésicules à double membrane (DMVs) répliquent le génome viral qui va permettre en premier lieu la traduction de la polyprotéine virale. Les protéines structurales core, E1 et E2 s’accumulent pour former les sites d’assemblage, et les protéines non structurales s’accumulent en formant de nouvelles DMVs, NS5A jouant un rôle clef dans cette biogénèse. Parallèlement, le génome viral va être encapsidé dans les particules virales en formation suite à son transfert qui dépend de NS5A et probablement de sa localisation à la surface des gouttelettes lipidiques (LDs), lesquelles jouent un rôle critique dans l’assemblage viral. Les particules virales sont ensuite enveloppées, maturées et sécrétées via la voie de sécrétion. De nouvelles DMVs sont également individualisées de leur site de biogénèse et remplacent les anciennes DMVs qui deviennent rapidement inactives. Le système est ainsi plus ou moins à l’équilibre et revient à la situation initiale. Cependant, en présence de DCV, la perturbation des propriétés membranotropiques de NS5A pourrait empêcher son positionnement correct sur les membranes du réticulum endoplasmique ou des LDs, empêchant ainsi la formation de nouvelles DMVs et des particules virales. En conséquence, le DCV induit une accumulation des protéines virales aux sites de biogénèse des DMVs et d’assemblage des particules virales. Finalement, le système s’interrompt car il n’y a plus de DMVs pour répliquer le génome viral, ceci expliquant l’effet retardé du DCV sur la réplication.
© Bertrand Boson et François-Loïc Cosset

 

En savoir plus
* Daclatasvir Prevents Hepatitis C Virus by Blocking Transfer of Viral Genome to Assembly Sites 
Bertrand Boson, Solène Denolly, Fanny Turlure, Christophe Chamot, Marlène Dreux, François-Loïc Cosset
Gastroenterology. online: December 5, 2016. 
DOI:http://dx.doi.org/10.1053/j.gastro.2016.11.047
 

 Contact chercheur
* Bertrand Boson
Virus Enveloppés, Vecteurs et Immunothérapie 
Centre International de Recherche en Infectiologie
CNRS UMR 5308-Inserm U1111-ENS de Lyon- Université Claude Bernard Lyon 1 
46 allée d’Italie 
69007 Lyon 
Tel: 04 72 72 87 26

* François-Loïc Cosset
Virus Enveloppés, Vecteurs et Immunothérapie 
Centre International de Recherche en Infectiologie
CNRS UMR 5308-Inserm U1111-ENS de Lyon- Université Claude Bernard Lyon 1 
46 allée d’Italie 
69007 Lyon 
Tel: 04 72 72 87 32

Mise en ligne le 13 décembre 2016

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Un microcircuit cortical pour mieux s’orienter
 
Impliqué dans la cognition spatiale, le presubiculum contient des neurones dont l’activité dépend de la direction de la tête. C’est une véritable boussole dont le fonctionnement reste peu connu. L’équipe de Desdemona Fricker au Centre de neurophysique, physiologie, pathologies révèle chez la souris comment les communications synaptiques entre neurones excitateurs et inhibiteurs permettrait de contrôler la précision du signal au sein du presubiculum. Cette étude a été publiée le 20 juillet 2017 dans la revue Nature Communications.
 
Pour représenter notre environnement et nous y projeter, notre cerveau combine notre perception du monde extérieur et des informations internes, notamment celle du système vestibulaire à la base de notre sens de l’équilibre. Les informations vestibulaires (accélération) permettent de générer, dans le tronc cérébral et l’hypothalamus, des informations directionnelles codées par des neurones appelés « cellules de direction de la tête ». Une cellule de direction de la tête s’active – c’est à dire qu’elle émet des potentiels d’action - seulement quand la tête est tournée dans une direction donnée. Plus précisément, chaque cellule encode une gamme restreinte et continue de directions, et l’ensemble des cellules de direction de la tête permet de représenter toutes les directions. L’information est ensuite transmise au thalamus antérieur, puis à une région corticale du lobe temporal, le présubiculum, dont la moitié des neurones sont des cellules de direction de la tête.

Au sein du présubiculum, des informations visuelles sont combinées au signal et permettent d’ancrer l’activité des neurones, c’est-à-dire qu’une cellule de direction de la tête donnée indique toujours la même direction. En l’absence de repères visuels, les cellules perdent cet ancrage, ce qui pourrait expliquer pourquoi notre cap est rapidement erroné quand on se déplace dans le noir. De plus, le présubiculum raffine le signal, c’est à dire que chaque cellule de direction de la tête s’active pour une gamme de directions beaucoup plus restreinte que dans le thalamus. Ces processus sont très probablement liés au fonctionnement intrinsèque du présubiculum qui reste très peu connu à ce jour.

Les chercheurs montrent comment, dans le présubiculum, un circuit de neurones spécialisé peut soutenir les signaux de direction de tête. Ce réseau, formé par des cellules pyramidales excitatrices et des cellules de Martinotti inhibitrices, a été étudié au moyen d’enregistrements en patch-clamp sur tranches de présubiculum ex vivo couplés à des outils optogénétiques et à de la modélisation.
Les chercheurs ont d’abord établi que le signal directionnel du thalamus antérieur cible les cellules pyramidales, mais pas les cellules de Martinotti. Au sein du présubiculum, ces deux types de neurones sont fortement interconnectés. La synapse excitatrice formée par la cellule pyramidale sur la cellule de Martinotti est facilitatrice, c’est-à-dire qu’elle a besoin d’être stimulée intensément pour libérer des neurotransmetteurs et communiquer l’information. Seules les décharges à haute fréquence, survenant in vivo quand une même direction est maintenue, recruteraient les cellules de Martinotti générant alors un rétrocontrôle inhibiteur. Les résultats montrent ensuite que ce rétrocontrôle inhiberait moins la cellule pyramidale initiant la décharge de la cellule de Martinotti que les cellules voisines. En théorie, les décharges persistantes d’une cellule de direction de la tête exerceraient donc une inhibition, via les cellules de Martinotti, préférentiellement sur les neurones qui ne codent pas la direction de la tête maintenue. Pour tester si ces interactions synaptiques supporteraient le codage de l’information directionnelle, un réseau de neurones a été modélisé à partir des données de l’étude. Les simulations ont montré qu’un tel réseau permettrait en effet de générer une activité cohérente au sein d’une population de cellules de direction de la tête.

Selon Jean Simonnet, ancien doctorant, premier auteur de l’étude « Cette étude originale tente de tisser un lien entre les éléments synaptiques et l’activité corticale liée au comportement et, par conséquent, apporte des éléments nouveaux pour la compréhension des microcircuits neuronaux de la cognition spatiale. Les interprétations quant au rôle du microcircuit dans le contexte de l’orientation doivent maintenant être vérifiées expérimentalement in vivo. »
 

Figure : La décharge persistante à haute fréquence de la cellule pyramidale recrute une cellule de Martinotti. A. Morphologie d’une cellule pyramidale (PC, dendrite en bleu et axone en orange) et d’une cellule de Martinotti (MC, dendrite en vert et axone en rouge) interconnectées. Les lignes discontinues et les nombres indiquent la position des différentes couches corticales du présubiculum (6 en tout). B. Diagramme de phase d’un neurone qui signale la direction de la tête, enregistré in vivo. Toutes les directions sont représentées sur le cadrant circulaire, l’axe radial représente la fréquence de décharge du neurone, qui augmente seulement quand la tête est dirigée vers le coin inférieur gauche de l’environnement. Une cellule pyramidale enregistrée en tranche via la technique de patch clamp (tracé bleu) a été stimulée en utilisant le patron de décharge de la cellule de direction de la tête, c’est-à-dire la séquence temporelle précise des potentiels d’action (PA). Une cellule de Martinotti (traces vertes) reçoit les informations de la cellule pyramidale et y répond préférentiellement à la fin d’une série de potentiels d’actions à haute fréquence. En haut, l’enregistrement montre des courants postsynaptiques excitateurs (EPSCs). En bas, les tracés montrent la décharge de potentiels d’actions (PA).
© Desdemona Fricker. License Creative Commons.


 

En savoir plus
* Activity dependent feedback inhibition may maintain head direction signals in mouse presubiculum 
Jean Simonnet, Mérie Nassar, Federico Stella, Ivan Cohen, Bertrand Mathon, Charlotte N. Boccara, Richard Miles & Desdemona Fricker. 
Nature Communications. Nature Communications 8, Article number: 16032 (2017) doi:10.1038/ncomms16032. Published online: 20 July 2017.



 Contact chercheur
* Desdemona Fricker
Centre de Neurophysique, Physiologie, Pathologies 
CNRS UMR 8119 - Université Paris Descartes
45 rue des Saint-Pères
75006  Paris

    01 42 86 43 70

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