Le village des Sciences Edition 2016 (1/2)

Il y a tout juste un an, je vous parlais de ma balade au Village des Sciences mis en place à l’occasion de la fête de la Science (Edition 2015). Le thème était le Climat, si vous voulez redécouvrir la partie 1 (causes et conséquences du changement climatique) et la partie 2 (Alternatives énergétiques, Environnement et Santé), poussez la porte.

Bref, nouvelle année, nouveau thème mais toujours le Village des Sciences, à la Gare Saint-Sauveur de Lille, une manifestation organisée par la Communauté d’Universités et d’Etablissements Lille Nord de France (ComUE LNF), du 6 au 9 octobre.

Le thème cette année: « Cycle(s) de vie » abordait les rouages du monde par le biais d’ateliers interactifs dans différents domaines de recherche en lien avec les phénomènes cycliques : au niveau de molécules, des cellules, des organismes, du carbone, des polluants de l’environnement, de la Terre, … Bref de quoi papillonner gaiement pour admirer les jolies manips, vidéos, ou autres outils pédagogiques particulièrement attrayants et efficaces. Mais surtout, c’est toujours une chouette occasion de discuter avec les chercheurs et d’en savoir plus sur leurs travaux en cours… et peut-être susciter des vocations pour les plus jeunes.

Alors voici, un aperçu du village des Sciences Saint-Sauveur 2016 et quelques dérives vers les sujets de recherche : le tout à travers mon esprit curieux et quelques clichés (la présentation en deux étapes n’est qu’une partie des animations proposées).

Le cycle de vie au niveau des cellules : la division cellulaire

Alors l’un des premiers stand visité, était dédié au cycle de la vie via la division cellulaire, primordiale pour la croissance et la régénération. Y étaient présenté, le principe de la division (les 4 étapes de la mitose) sous forme de schémas modulables -des magnets pour les membranes et l’ADN- et d’une vidéo. Ensuite pour stimuler les esprits esprits, deux petits expériences autour de l’ADN et de l’information génétique étaient proposées.
Une petite révision sur la mitose ?
Au sein du noyau de la cellule, l’ADN, support de l’information génétique, se trouve sous forme d’une pelote, une longue molécule enchevêtrée : nous sommes dans l’interphase (qui comporte tout de même différentes périodes, en particulier celle où la quantité d’ADN est doublée).

Lorsque la cellule se divise, les membranes du noyau se modifient, et l’ADN se condense, s’arrange sous forme de bâtonnets ou chromosomes en X (la compacité maximale) et se centre à l’équateur de la cellule. Chaque chromosome se scinde en deux, et chaque lot ainsi constitué migre aux pôles de la cellule. La membrane de la cellule s’ouvre en son centre pour donner deux cellules filles, une enveloppe se reforme au niveau de chaque noyau où l’ADN revient sous forme de pelote.
Le cycle de vie d’une cellule est donc une succession d’interphases et de mitoses.

Les expériences :
L’une d’elles, consistait à extraire l’ADN d’une banane, un classique mais qui émeut toujours (enfin normalement, tout dépend le public et son âge). Alors purée de banane, sel, liquide vaisselle, filtration, alcool et le tour est joué.

Et voilà le résultat

Comment ça marche ?
Il faut dans un premier temps séparer au maximum les fibres de bananes et les cellules (c’est le but de la mise en purée). L’ajout de sel permet de mieux isoler l’ADN en faisant sortir l’eau des cellules. En ce qui concerne le liquide vaisselle, c’est un savon dont le rôle est de s’accrocher aux membranes des cellules faites de lipides (ou graisses). Bref, l’enveloppe se trouve donc détruite ce qui permet à l’ADN de sortir des cellules.
L’ajout d’alcool quant à lui, favorise la précipitation de l’ADN (il n’est pas soluble dans l’alcool) : la longue molécule devient alors visible à nos yeux sous forme de gel !

En isolant l’ADN, on en arrive à parler l’analyse du génome et des travaux de recherche dans ce domaine.

Les recherches en cours
Le chercheur (UMR8199 – Génomique Intégrative et modélisation des maladies métaboliques) nous livre quelques mots sur ses travaux qui consistent à mettre en évidence des combinaisons de gènes liées aux maladies métaboliques telles que le diabète ou l’obésité. On évoque alors rapidement le gène FTO pour « Fat mass and obesity-associated protein ».

Certaines modifications de ce gène entraînent une augmentation de l’hormone stimulant l’appétit (la ghréline) et prédispose à l’obésité chez l’enfant et l’adulte. Il a été mis en évidence par des équipes britanniques en 2007 [1] et celles de l’unité UMR8199 [2] ; les recherches actuelles s’attachent à comprendre les mécanismes par lesquels ces variations jouent sur le risque d’obésité.

Quand la division cellulaire s’emballe : le cas d’une tumeur cancéreuse
Nous voici sur le stand du Siric OncoLille (Site de Recherche Intégrée sur le Cancer), un consortium de labos et centres de recherche dédié aux études sur le cancer et rassemblant 350 chercheurs et cliniciens-chercheurs rattachés à plusieurs sites lillois (Institut Pasteur via l’Institut de Biologie de Lille, Universités, Centre Oscar Lambret, l’Inserm, CHRU de Lille et le CNRS). On y découvre des balles de ping-pong symboles de cellules : des blanches pour les cellules saines et des balles oranges pour les cellules dont la division est rapide et incontrôlable.

Le but est ici d’expliquer ce qu’est un cancer, comment on le traite actuellement et ce qui reste à découvrir.
Les cellules immunitaires, nos gardes du corps sont recrutées par les cellules de nos organes ou tissus en cas de problème. En cancérologie, l’immunothérapie consiste à stimuler notre système immunitaire à l’encontre des cellules cancéreuses. Il s’agit d’une voie thérapeutique donnant de bons résultats pour endiguer la progression des tumeurs, même agressives, mais plusieurs voies de progrès sont bien sûr encore sous l’œil des scientifiques : trouver plus de récepteurs pour agir sur les cellules, mettre en évidence  des mutations qui poussent les cellules cancéreuses à résister, limiter les effets secondaires.
Les deux axes de recherche sur lesquels se focalise le consortium sont :
– la résistance tumorale,
– la dormance tumorale.

La résistance tumorale s’explique par le fait que les cellules cancéreuses se modifient légèrement et la molécule active du médicament ne les reconnaît plus.
La dormance tumorale est la principale cause de la récidive d’un cancer après une longue période de rémission. L’origine de cette récidive est la présence d’un petit nombre de cellules tumorales dormantes qui n’ont pas été ciblées par le traitement. Il faut alors chercher à comprendre la nature de ces cellules (cellules souches ou cellules mutées) et les mécanismes leur permettant d’activer la dormance et d’en sortir. Ce phénomène se rencontre plutôt pour certains types de cancers, tels que ceux liés au sang (ex la leucémie Aiguë Myéloblastique).

Quid des cellules neuronales ?
Et si on faisait un petit tour du côté du cerveau ? Quid du cycle de vie des circuits neuronaux ? Quelles causes à la mort neuronale, quelles cibles thérapeutiques ?
Des représentants d’équipes constituées de chercheurs du CHRU de Lille, de l’INSERM et de l’université de Lille étaient présents au Village des Sciences pour présenter une partie de leurs travaux sur les mécanismes en jeu dans la maladie de Parkinson. Mais avant cela, des maquettes de neurones et de leur interaction expliquent au public la communication nerveuse et les neurotransmetteurs.

Certaines mutations génétiques augmentent la susceptibilité ou, au contraire, ont une action protectrice par rapport à la maladie.
Parmi ces mutations, celle(s) concernant le gène SNCA sont étudiées de près [3]. Ce gène code  la protéine α-synucléine -d’où le nom du gène- (composée de 140 acides aminés) qui intervient en partie au niveau des synapses en régulant le trafic des vésicules contenant les neurotransmetteurs et la libération de ces derniers. Le lien entre cette protéine et la maladie de Parkinson a été démontré vers la fin des années 90. Comment ? Un chercheur de l’INSERM nous explique que lorsque la protéine s’exprime trop, elle a tendance à former des agrégats fibrillaires qui causent la mort des neurones. Mais il rappelle bien que la maladie de Parkinson a certes des causes génétiques mais est également liée à des facteurs environnementaux.

D’autres cycles de vie au sein des cellules : on parle des sucres (en bien !)

On a commencé la visite en parlant d’ADN, on a même vu celui de la banane. Mais la molécule d’acide Désoxyribonucléique, comment se présente-t-elle ? On connaît tous la représentation de la double hélice, mais voir la maquette en 3 D, ça en jette ! Voici donc de plus près l’organisation de l’échelle vrillée.
La chaîne de nucléotides qui constituent l’ADN contiennent un groupe phosphate, un sucre (le « désoxyribose ») pour les deux « montants » de l’échelle, et une molécule à base d’azote (on parle de base azotée) pour les barreaux de l’échelle.

Bref c’est sur le stand de l’UGSF consacré  à la glycobiologie autour de chercheurs de l’université de Lille 1 et CNRS (UMR 8576) que se trouvait cette belle maquette.
La glycobiologie est une discipline permettant de comprendre la structure, la voie de synthèse, et la fonction biologique des sucres, mais pas n’importe lesquels : les sucres complexes ou (plus scientifiquement correct) les glycanes, des polymères de sucre constitués par un assemblage de sucres simples ou monosaccharides tels que le glucose ou galactose pour les plus connus (mais citons aussi le fucose ou mannose).

Depuis quelques années, les glycanes sont sous les feux de la rampe car selon leur structure, ils jouent différents rôles fonctionnels au sein des organismes vivants. Construits au sein même de la cellule, ils s’associent à une protéine et forment ainsi des molécules complexes (glycoprotéines) qui s’ancrent dans les membranes cellulaires. De ce fait, les glycanes participent à l’interaction entre cellules, leur communication « interne » et les effets se font sentir sur la signalisation, les phénomènes d’adhérence entre cellules ou d’inflammation mais aussi à une plus grande échelle sur l’architecture des tissus (lien avec les effets de l’âge sur la peau par ex). Les glycoprotéines sont présentes dans des vésicules pouvant migrer à la surface
Lorsque la machinerie est « déréglée »,  on peut alors voir apparaître des pathologies (cirrhoses, certains types de cancers, inflammations). Les équipes travaillent sur différents aspects liés aux glycanes mais étaient mis en avant, lors de cette rencontre avec le public, les travaux sur la compréhension des mécanismes de synthèse et de dégradation de ces sucres complexes.

Pour mieux « voir »
Pour bien appréhender les mécanismes en biologie cellulaire, quoi de mieux que d’aller voir…au plus près ? Cap sur la microscopie photonique avec le plateau TISBio (Traitement de l’Image et du Signal pour la Biologie). L’un des deux ingénieurs développeurs du projet, nous fait partager sa passion pour les belles images du vivant, la technologie et le traitement du signal qui sont sous-jacents… Les deux ingénieurs mettent leurs talents au service des recherches en biologie. Comment ne pas s’émerveiller devant la possibilité d’observer des bactéries, des cellules en cultures, des tissus végétaux, le cycle de la vie et de la mort cellulaire, le trafic des vésicules (en lien avec les glycanes du paragraphe précédent) ?

A suivre, pour la 2e partie du reportage…

Références
1- Frayling TM. et al, « A Common Variant in the FTO Gene Is Associated with Body Mass Index and Predisposes to Childhood and Adult Obesity », Science, Vol. 316, Issue 5826, pp. 889-894, May 2007, DOI: 10.1126/science.1141634

2- Dina C. et al., « Variation in FTO contributes to childhood obesity and severe adult obesity. », Nature genetics  Vol 39(6), pp 724-6, 2007

3- W. Peelaerts, et al. « α-Synuclein strains cause distinct synucleinopathies after local and systemic administration », Nature, juin 2015. DOI : 10.1038/nature14547.