#trendsinecologyandevolution #innovation #nouveauté Évolution Expérimentale de l’Innovation et de la Nouveauté

Illustration Schématique des Différences entre le Modèle Standard [Exaptation – Amplification – Diversification (EAD)] et le Modèle Révisé [Potentialisation – Exaptation – Amplification – Diversification (PEAD)] de l’Évolution de l’Innovation et de la Nouveauté. 

Chaque ovale représente le génome d’un individu. Dans le modèle EAD (gauche), l’exaptation est reconnue du fait qu’un gène (flèche bleue) produisant un produit primaire porteur d’une fonction A peut aussi exercer une activité annexe b qui est amenée à prendre de l’importance dans un nouvel environnement. L’amplification survient par duplication génique, apportant une nouvelle copie du gène accompagnée d’une production augmentée de b, une divergence survient du fait d’une sélection faisant apparaître un produit B renforcé par un gène nouveau (flèche verte). Le modèle PEAD (droite) diffère parce que l’étape additionnelle de potentialisation précède l’exaptation, où les mutations s’accumulent ailleurs dans le génome (marques rouges), permettant la fonction annexe codée par le gène focal (b) de prendre de l’importance. L’amplification peut alors avoir lieu, tout comme dans le modèle EAD, par le truchement d’une duplication génique, ou par le truchement d’autres mécanismes permettant une expansion de population sans duplication de gène. La divergence a lieu comme précédemment, par sélection positive pour le produit B renforcé.

Comment la nouveauté, dans le sens de fonction génétique nouvelle, évolue-t-elle ? Une réponse convaincante à cette question reste à ce jour insaisissable car il n’y a que peu de systèmes de modélisation où à la fois les mécanismes génétiques générateurs de fonctions nouvelles et les conditions écologiques qui gouvernent leurs origines et s’étendent peuvent être étudiées en détails. Cet article de revue de littérature traite de ce que nous avons appris à propos de l’innovation à partir des expériences de sélection microbienne. Ce travail révèle que les voies génétiques de l’innovation peuvent être plus variables encore que les modèles standards, ce qui mène à croire et à souligner l’importance qu’il y a de considérer à la fois la génétique et l’écologie dans ce processus. Rees Kassen, dans Trends in Ecology and Evolution, publication en ligne en avant-première, 23 avril 2019

Source iconographique, légendaire et rédactionnelle : Science Direct / Traduction et adaptation : NZ

#Cell #gène #hétérogénéité La Dynamique Intrinsèque d’un Gène Humain Révèle la Base de l’Expression de l’Hétérogénéité

Marquage MS2 des loci endogènes
L'imagerie du site de transcription montre une hétérogénéité d'activité transcriptionnelle
Il est décrit ici un modèle d'intégré de régulation génique

La régulation transcriptionnelle chez les métazoaires survient par le truchement de contacts prolongés entre amplificateurs et promoteurs de gènes ; ainsi, la plupart des gènes sont transcrits en « rafales épisodiques » de synthèse d’ARN. 

Afin de comprendre la relation s’établissant entre ces deux phénomènes et la relation dynamique des gènes en réponse à des signaux s’opérant en amont, nous décrivons l’utilisation de l’imagerie de l’ARN sur cellules vivantes couplée avec la méthode de capture de conformation chromosomique au niveau du génome entier (Hi-C) et disséquons la régulation endogène du gène TFF1 répondant aux œstrogènes. 

Bien que TFF1 soit hautement inductible, nous observons de courtes périodes actives et des périodes inactives de durée variable allant de quelques minutes à plusieurs jours. L’hétérogénéité des périodes inactives donne lieu à ce que l’on appelle communément le « bruit » dans l’expression génique humaine et explique la distribution des protéines dans les tissus humains. 

Nous construisons ce faisant un modèle mathématique de régulation relayant la transcription, la structure chromosomique, et la capacité de la cellule à capter les changements de niveaux en oestrogènes et à prédire l’importante dynamique de cette hypervariabilité ; tout cela ne reflète toutefois pas un état biologique stable. Joseph Rodriguez, et al, dans Cell, publication en ligne en avant-première, 13 décembre 2018

Source iconographique, légendaire et rédactionnelle : Science Direct / Traduction et adaptation : NZ

#Cell #chromatine #embryons Paysage de l’Accessibilité de la Chromatine chez des Embryons Humains à un Stade Précoce et son Association avec l’Évolution

Older genes with promoter DHSs are expressed at earlier stages = Les gènes plus anciens avec des promoteurs DHSs sont exprimés à des stades plus précoces

Younger genes with promoter DHSs are expressed at later stages = Les gènes plus récents avec des promoteurs DHSs sont exprimés à des stades plus tardifs

La dynamique du paysage de régulation de la chromatine au cours des stades précoces de l’embryogénèse humaine reste inconnue. À l’aide de la méthode de séquençage des sites hypersensibles à la DNase I (DHS), nous rendons compte du fait que le paysage de l’accessibilité à la chromatine s’établit graduellement au cours des phases précoces de l’embryogénèse chez l’homme. Curieusement, les DHSs arborant des motifs de liaison OCT4 sont enrichis au moment de l’activation du génome zygotique (ZGA) chez l’homme, mais pas chez la souris. OCT4 contribue systématiquement à la ZGA chez l’homme mais pas chez la souris. Nous montrons par ailleurs que des promoteurs minimaux établissent habituellement des DHSs à des stades plus tardifs. De la même façon, des gènes plus jeunes tendent à établir des promoteurs de DHSs et sont exprimés à des stades embryonnaires plus tardifs, alors que les gènes plus âgés présentent ces caractéristiques à des stades plus précoces. De plus, nos données montrent que les transposons actifs SVA et HERV-K arborent des DHSs et sont hautement exprimés chez les embryons à un stade précoce de développement, mais pas dans les tissus différenciés. En résumé, nos données fournissent un point de vue développemental évolutionnaire pour la compréhension de la régulation génique et de l’expression des transposons. Lei Gao, et al, dans Cell, publication en ligne en avant-première, 8 mars 2018

Source iconographique, légendaire et rédactionnelle : Science Direct / Traduction et adaptation: NZ

#thelancetoncology #carcinomerénal #gènes #RT-PCR Analyse de 16 gènes pour la prédiction de récidive après chirurgie d’un carcinome localisé des cellules rénales : études d’élaboration et de validation

les souris "nude" comme modèle d'étude pour l'analyse des effets secondaires consécutifs aux traitements anti tumoraux utilisés dans le cancer du rein. (...). Le cancer du rein est le 10ème cancer le plus fréquent chez l'homme avec, en 2011, environ 11000 nouveaux cas en France et près de 4000 décès. Le type histologique le plus courant (75% des cas) est le carcinome rénal à cellules claires (ccRCC). Ce ccRCC est une tumeur très vascularisée et dans un quart des cas métastatique au moment du diagnostic.
Source iconographique et légendaire: http://www.igdr.univ-rennes1.fr/equipes/recherche_equipe.php?domaine=&equipe=48&resp_equipe=

La probabilité de récidive tumorale après néphrectomie dans des cas de carcinome rénal à cellules claires est bien caractérisée par des paramètres cliniques et pathologiques. Cependant, ces évaluations peuvent encore être améliorées et personnalisées  en y ajoutant les caractéristiques moléculaires des tumeurs chez chacun des patients. Notre but était de développer une signature multigénique  pronostique pour améliorer la prévision du risque de récidive dans les cas de carcinome des cellules rénales à cellules claires.

Au stade de d’élaboration, Nous avons poursuivi des investigations relatives à l’association entre l’expression de 732 gènes par la technique d’amplification en chaîne par la polymérase après transcription inverse (RT-PCR), ainsi que l’issue clinique chez 942 patients atteints de carcinome rénal à cellules claires de stade I-III, qui avaient subi une néphrectomie à la Cleveland Clinic (OH, USA). 516 gènes ont été associés avec un intervalle de temps sans récidive. 11 de ces gènes ont été sélectionnés à l’aide d’analyses statistiques poussées et ont été combinés avec cinq gènes de référence (c’est-à-dire 16 gènes au total), à partir desquels un algorithme d’échelle de mesure du taux de récidive a été développé. Cette échelle de mesure du taux de récidive (score de récidive) a été ensuite validée dans une cohorte de 626 patients atteints de carcinome rénal à cellules claires de stade I-III basés en France, qui avaient également subi une néphrectomie. L’association entre taux de récidive, risque de récidive et survie en fonction du type de cancer dans les cinq premières années suivant la chirurgie a été évaluée à l’aide du modèle de régression aléatoire de Cox, et stratifiée par stade de développement tumoral (stade I versus stade II versus stade III).

Dans notre première analyse univariée, le score continu de récidive (valeur médiane 37, Intervalle Interquartile [IQR] 31-45) était associé de manière significative avec  l’intervalle de temps sans récidive (hazard ratio 3.91 [Intervalle de Confiance -IC- 95% 2.63-5.79] pour une augmentation de 25 unités du score, p<0.0001). 

Dans l’analyse multivariée, le score de récidive était significativement associé au risque de récidive tumorale (hazard ratio par tranche d’augmentation de 25 unités du score : 3.37 [IC 95% 2.23-5.08], p<0.0001) après stratification par stade et ajustement par rapport à la taille des tumeurs, leur grade, ou le score de Leibovich. Le score de récidive a permis d’identifier un nombre de patients de stade I à risque élevé et de patients de stade II-III à risque faible, significatif sur le plan clinique. Une étude d’hétérogénéité sur échantillons distincts a montré une variabilité intratumorale faible ou nulle parmi les 16 gènes.

Nos résultats valident le score de récidive comme prédictif de l’issue clinique chez les patients atteints de carcinome rénal à cellules claires, fournissant ce faisant une évaluation du risque plus précise et plus individualisée au-delà des paramètres cliniques et pathologiques existants. Prof Brian Rini MD et al, dans The Lancet Oncology, publication en ligne en avant-première, 12 Mai 2015

Financement :  Genomic Health Inc et Pfizer Inc.  

Source: The Lancet Online / Traduction et adaptation: NZ  

À la recherche des déterminants de la spécificité de l’interaction promoteur-enhancer

Shéma d'un transgène, comprenant notamment deux éléments isolateurs (insulator), un enhancer distal, un enhancer proximal et un promoteur. L'expression des gènes est contrôlée par des séquences situées essentiellement en amont des gènes. Le promoteur participe directement à la formation du complexe de transcription. Les amplificateurs (enhancer) augmentent la fréquence de fonctionnement du promoteur. Les régions éloignées MAR, ouvreur de chromatine et isolateur, maintiennent la chromatine ouverte et empêchent l'extinction des gènes par la chromatine environnante. Les régions UTR (untranslated regions) se retrouvent dans l'ARNm mais ne sont pas traduites.
Source iconographique et légendaire:   http://acces.ens-lyon.fr/biotic/procreat/clonage/html/TechniquesTransgenese.htm

Bien qu’il soit généralement admis que les enhancers* activent uniquement le promoteur* le plus proche, de récentes analyses globales rendues réalisables par l’utilisation d’une technologie de transmission à haut débit, suggèrent que le réseau formé par l’ensemble des interactions enhancer-promoteur est en réalité beaucoup plus complexe. Les mécanismes qui déterminent la spécificité des interactions enhancer-promoteur restent encore mal connus, même si l’on admet qu’ils comprennent notamment une compatibilité biochimique, les contraintes imposées par l’architecture tridimensionnelle des chromosomes, des éléments isolateurs*, et probablement des effets spécifiques à la nature de la chromatine prise au niveau local dans la cellule. Dans cette revue de littérature, nous étudions les avancées actuelles réalisées dans la connaissance de ces déterminants, et soulignons les approches génomiques fonctionnelles qui mèneront à une compréhension meilleure de ces mécanismes.  Joris van Arensbergen et al, dans Trends in Cell Biology – 1072, publication en ligne en avant – première, 24 août 2014

*Pour un exemple précis du rapport d’interaction enhancer – promoteur – élément isolateur président à la régulation génique, voir médecine/sciences 2001 ; 17 : 448-57 (note du traducteur)

Source : Science Direct / Traduction et adaptation : NZ 

Traduction erronée des gènes en protéines : processus allié ou ennemi ?

Toutes premières étapes de l'initiation de la traduction.
Source iconographique et légendaire: http://biochimej.univ-angers.fr/Page2/COURS/7RelStructFonction/2Biochimie/1SyntheseProteines/1SyntheseProt.htm

La traduction des gènes en protéines fonctionnelles est souvent entachée d’erreurs. Une traduction erronée est une cause connue de maladie, toutefois, étonnamment, de récentes études suggèrent que certains organismes issus de toutes les branches connues de l’arbre de l’évolution du vivant ont développé diverses voies de signalisation leur permettant d’augmenter leur tolérance à l’erreur dans le processus de traduction des séquences codantes des gènes en protéine. Bien que les raisons de ces taux élevés d’erreurs ne soient pas encore connues, des évidences suggèrent qu’une augmentation du taux de traduction erronée pourrait jouer un rôle dans la génération de la diversité  au sein du protéome et d’autres fonctions adaptatives. Le fait est que les taux d’erreurs sont soumis à régulation, et qu’il apparaît que le taux optimal de traduction erronée varie selon les organismes et les conditions environnementales. Des avancées dans les interrogations non biaisées sur les types d’erreurs et des expériences impliquant  des espèces sauvages pourraient aider à la compréhension des rôles potentiellement adaptatifs des erreurs de traduction des gènes en protéines. Lluís Ribas de Pouplana et al, dans Trends in Biochemical Sciences - 1065, publication en ligne en avant – première, 8 juillet 2014

Source : Science Direct / Traduction et adaptation : NZ

Connexion du métabolisme cellulaire aux horloges biologiques internes

Synchronisation du système circadien et ses différentes voies afférentes (photiques versus non photiques). In Annales Françaises d'Anesthésie et de Réanimation Volume 29, Issue 6, June 2010, Pages 470-477
Source iconographique et légendaire: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0750765810002236

L’horloge biologique interne est un est un dispositif cellulaire de mesure du temps, permettant aux organismes de contrôler leur comportement et leur physiologie autour de l’alternance jour – nuit. Chez les êtres humains, une distorsion de l’horloge biologique interne par rapport à son environnement, est synonyme d’altération de la santé, notamment troubles métaboliques et cancers. Dans les modèles actuels d’oscillation circadienne, les boucles de régulation transcription-traduction (BRTTs) sont considérées comme un mécanisme cardinal de contrôle du rythme intracellulaire. La découverte de nombreuses boucles cytosoliques ont étendu le modèle BRTT à la physiologie cellulaire toute entière. Cependant, de récentes études ont mis en évidence des rythmes métaboliques indépendants de tout mécanisme d’expression génique ; remettant en question ce faisant le modèle BRTT comme unique mécanisme cellulaire de mesure du temps. Ainsi, le moment est venu de réétudier ces modèles d’horloge interne en profondeur dans un contexte cellulaire plus vaste afin d’intégrer ses composantes génétiques, cytosoliques et métaboliques. Guillaume Rey and Akhilesh B. Reddy, in Trends in Cell Biology, online 5 February 2013, in press

Source: Science Direct / Traduction et adaptation: NZ

Essence de la vie: gènes essentiels et genomes minimaux

Carte du genome de Mycoplasma genitalium. "A la fin des années 90, Venter avait commencé à travailler à ce projet à partir d’un organisme unicellulaire, Mycoplasma genitalium. Cette bactérie, impliquée dans des infections gynécologiques, a la particularité d’avoir le plus petit génome de tous les organismes connus capables de se répliquer de façon autonome. Elle constitue donc un candidat idéal au génome minimal."

Source: www.sciencesetavenir.fr/actualite/

Des gènes essentiels sont requis pour la survie de la cellule. La détermination de l'échantillon minimal universel de gènes nécessaires à la survie pourrait  permettre de mieux comprendre la vie à son niveau le plus simple, avec ses applications en médecine et biologie synthétique. La recherche du génome minimal a conduit à l'identification d'échantillons de gènes, souvent variés. Nous prétendons ici que, sur la base du résultat des analyses, il devient de plus en plus évident que certains gènes codant pour certaines fonctions, sont nécessaires à la survie de toute entité vivante, alors que d'autres gènes peuvent être omis. Nous examinons également les techniques de détermination du genome minimal et discutons des possibles applications pratiques de la "cellule minimale" ainsi définie. Mario Juhas et al, in Trends in Cell Biology - 819, online 1 September 2011, in press.

Source: http://www.sciencedirect.com/ / Traduction et adaptation: NZ

Molécules - Médicament: plusieurs indications?

A l'instar du Dogme de la Biologie Moléculaire, dictant le principe suivant: "one gene - one enzyme", on a longtemps pensé qu'à principe actif correspondait une indication donnée, en pharmacopée. Eh bien l'actualité récente nous indique que ce principe est caduc: maintenant, à un principe actif correspond souvent plusieurs indications, dans des domaines thérapeutiques pas toujours voisins.

Nicolas Zarjevski