Le laboratoire du professeur Bernard Thorens, du Centre Intégratif de Génomique de l’Université de Lausanne (CIG), a identifié un gène de résistance au froid et de prévention de l’obésité
Quel lien existe-t-il entre la capacité de s’adapter à un environnement froid et le maintien d’un poids corporel normal ? Dans les deux cas il s’agit d’un problème d’utilisation des graisses par l’organisme. Dans l’obésité, les graisses sont stockées de façon excessive dans des cellules spécialisées, les adipocytes du tissu adipeux blanc. Lors d’une exposition au froid, un autre type de cellules adipocytaires, celles formant le tissu adipeux brun, sont stimulées à brûler les graisses pour générer de la chaleur. Ce mécanisme thermogénique dépend de structures particulières de ces cellules, les mitochondries, qui sont également responsables de l’apparence brune de ce tissu.
La présence de tissu adipeux brun est bien documentée chez le rongeur et chez le nouveau-né qui doit pouvoir maintenir sa température après la naissance. Jusqu’à très récemment, on considérait que ce tissu disparaissait progressivement pour être finalement absent chez l’homme adulte. Cependant, il est maintenant clairement établi que ce type de tissu existe aussi chez l’adulte et qu’il est activé par le froid pour produire de la chaleur. Cette activité thermogénique est également activée après un repas. La production de chaleur par le tissu adipeux brun consomme donc des graisses et une piste pour prévenir l’obésité serait d’augmenter la masse et la fonction de ce tissu.
Les adipocytes bruns sont produits à partir de cellules précurseurs, suite à l’activation d’un programme génétique complexe et incomplètement identifié. Le laboratoire du Prof. Bernard Thorens, du Centre Intégratif de Génomique de l’Université de Lausanne, a publié le 6 novembre dans la revue «Cell metabolism » le résultat de travaux mettant en évidence un nouveau gène essentiel pour l’activation du programme génétique de différenciation du tissu adipeux brun. Ce gène, Plac8, n’avait pas de fonction bien définie chez les mammifères mais était connu, chez les plantes, en particulier la tomate, pour contrôler la taille des fruits.
Chez la souris, l’absence de ce gène empêche les adipocytes du tissu adipeux brun d’acquérir leur propriété thermogénique. Les souris porteuses de cette déficience génétique ont une température plus basse que les souris normales et, lorsqu’elles sont exposées au froid, deviennent rapidement hypothermiques. Une autre conséquence de l’absence de ce gène et du défaut de thermogénèse est l’apparition progressive d’une obésité avec augmentation du stockage des graisses dans le tissu adipeux blanc. Ce gène a donc un rôle clé dans la balance énergétique et l’équilibre entre les deux types de tissus adipeux. Son activation pourrait être moyen efficace pour augmenter la dégradation des graisses pour prévenir l’obésité.
Plac8 Is an Inducer of C/EBP? Required for Brown Fat Differentiation, Thermoregulation, and Control of Body Weight. Jimenez-Preitner M, Berney X, Uldry M, Vitali A, Cinti S, Ledford JG, Thorens B. Cell Metab. 2011 Oct 3. [Epub ahead of print]
Pourquoi le cerveau de l’homme est-il plus complexe que celui des autres mammifères? Qu’est-ce qui nous différencie du chimpanzé? Comment nos organes se sont-ils modifiés au fil de l’évolution? Une étude internationale de grande envergure, menée par l’équipe du Prof. Henrik Kaessmann affiliée au Centre intégratif de génomique (CIG) de l’UNIL et au SIB Institut Suisse de Bioinformatique, apporte des éléments de réponse inédits sur les origines génétiques de l’évolution des mammifères. Les scientifiques sont parvenus, une première mondiale, à comparer l’activité des gènes de six organes différents présents chez neuf espèces de mammifères. Au vu de leur importance, les résultats sont publiés comme article principal dans l’édition du 20 octobre 2011 de la prestigieuse revue britannique Nature.
Du séquençage du génome humain à la génomique comparative
En 2001, l’annonce du séquençage du génome humain ouvre grand la voie à la génomique moderne. Dans son sillage, d’autres génomes de mammifères sont séquencés, notamment celui de la souris (2002), du chimpanzé (2005) et, plus récemment, de l’ornithorynque (2008), ainsi que plusieurs génomes d’oiseaux et de reptiles. Aujourd’hui, les génomes de 41 espèces de mammifères sont disponibles; ils constituent la pierre angulaire de la génomique comparative et évolutive.
Lactation, poils, cerveau relativement grand: les mammifères partagent plusieurs traits communs, mais ont également développé des spécificités propres à chaque espèce. Afin d’avoir une palette représentative des trois différents groupes de mammifères connus à ce jour, les scientifiques lausannois ont travaillé sur des échantillons issus de placentaires (souris; macaque rhésus; grands singes dont l’homme, le chimpanzé, le bonobo, le gorille et l’orang-outan), de marsupiaux(opossum) et de monotrèmes (ornithorynque). Les chercheurs se sont plus spécifiquement intéressés à six organes majeurs: cerveau (cortex cérébral), cervelet, coeur, reins, foie et testicules.
Une lecture directe de l’expression des gènes
L’expression des gènes, qui permet de savoir dans quel organe et avec quelle intensité un gène précis est utilisé, n’était, il y a peu, mesurable que grâce à des puces à ADN, une technologie rendant les comparaisons entre espèces éloignées difficiles. Pour ces raisons, seules quelques comparaisons évolutives, pour des espèces proches comme l’homme et le chimpanzé, ont jusqu’alors été réalisées.
Afin d’élargir son champ d’investigation, l’équipe romande a fait appel au «RNA-Seq», une méthode récente de séquençage à très haut débit qui permet une lecture directe de l’ARN messager. Ce dernier est une copie transitoire d’une portion de l’ADN correspondant à un ou plusieurs gènes et est utilisé par les cellules comme intermédiaire pour la synthèse de protéines. «En séquençant l’ARN messager, nous réalisons une lecture directe de l’expression des gènes. Nous avons ainsi pu déterminer quels gènes sont exprimés et, par conséquent, quelles protéines sont utilisées dans quels organes, détaille Henrik Kaessmann. Cette technique permettant par ailleurs d’obtenir des données tant quantitatives que qualitatives de l’expression des gènes, nous avons pu déterminer non seulement dans quels organes, mais aussi à quelle intensité certains gènes étaient actifs». Les chercheurs ont en outre pu prédire l’existence de nouveaux gènes dont la fonction reste pour l’heure inconnue.
Pour analyser les données extrêmement riches générées grâce au RNA-Seq, les scientifiques ont fait appel aux infrastructures informatiques de la plateforme Vital-IT du SIB ainsi qu’aux séquenceurs de la plateforme de technologies génomiques affiliée au CIG. A la clé, plusieurs résultats intéressants.
Notre cerveau est plus proche d’un cerveau d’ornithorynque que d’un foie humain
L’étude, qui a duré deux ans et demi, a, dans un premier temps, permis de confirmer qu’au niveau du répertoire de gènes utilisés, il y a plus de variabilité entre les différents organes d’une même espèce qu’entre le même organe de différentes espèces. Par exemple, lorsque l’on considère l’activité de gènes utilisés, un cerveau humain sera plus proche d’un cerveau d’ornithorynque que d’un autre organe humain comme le foie. «Ce résultat s’explique par le fait que la différenciation des organes remonte à des temps plus anciens que la séparation entre espèces», résume Henrik Kaessmann.
En se concentrant sur un organe donné à la fois, les biologistes ont en outre cherché à mesurer son degré d’évolution selon l’espèce. «Nous avons constaté que la relation phylogénique, soit le degré de parenté, était conservée pour tous les organes. En d’autres termes, le niveau d’expression des gènes comparé entre espèces pour chaque organe traduit parfaitement bien la place qu’occupe chacune des espèces dans l’arbre phylogénétique, ou arbre de l’évolution», poursuit le professeur.
Evolution rapide pour les testicules et lente pour le cerveau
Les scientifiques ont également voulu connaître la vitesse d’évolution de chaque organe, en mesurant le taux de changement de l’expression de leurs gènes au cours du temps. «Une donnée surprenante concerne le cerveau qui a connu une évolution étonnamment lente. Ce résultat peut s’expliquer par le fait que cet organe renferme de nombreuses fonctions vitales qui ne laissent que peu de place au changement. A l’inverse, les testicules ont connu des changements très rapides en raison notamment des fortes pressions de sélection sexuelle exercées par la compétition entre mâles pour la reproduction», avance Henrik Kaessmann.
Comprendre l’évolution des caractéristiques propres à chaque mammifère
Finalement, en collaboration avec l’équipe du Prof. Sven Bergmann (Département de génétique médicale, UNIL, et SIB), les chercheurs lausannois ont réussi à identifier des changements d’activité des gènes qui ont très probablement contribué à l’évolution des caractéristiques spécifiques des six différents organes chez les différents mammifères, telles que la complexité du cerveau chez l’homme et les autres primates ou encore certains caractères particuliers des testicules chez l’ornithorynque.
La prochaine étape pour l’équipe du CIG consistera à poursuivre sur sa lancée en intégrant dans ses travaux de nouveaux mammifères, mais aussi des amphibiens (grenouille) et reptiles (lézard), ainsi que d’autres organes (par exemple les ovaires), tout en essayant de découvrir les modifications génétiques à la base de ces changements d’expression des gènes chez les différentes espèces. Et en gardant bien sûr en tête que «la finalité de toutes ces recherches est de comprendre les origines des caractéristiques uniques des différents mammifères, en particulier celles de l’homme», conclut Henrik Kaessmann.
On croyait la mouche drosophile attirée par certaines phéromones femelles, sans avoir jamais trouvé ces substances. Une équipe de l’UNIL découvre que le comportement sexuel du mâle est activé en réalité par une odeur de fruit.
Parfumées par les odeurs de la nourriture qu’elles mangent, les femelles drosophiles s’attirent les faveurs sexuelles via un récepteur exprimé dans les neurones olfactifs des mâles. Sous le doux nom de IR84a, ce récepteur connu pour sa participation au fonctionnement du circuit de la séduction trouve enfin sa fonction grâce à l’étude menée au Centre Intégratif de Génomique de l’UNIL par le professeur Richard Benton et publiée dans Nature.
Jusqu’ici, les spécialistes de la génétique du comportement travaillant sur le modèle des comportements sexuels estimaient que la drosophile femelle, à l’instar d’autres animaux comme le papillon de nuit ou la souris, produisait des phéromones détectées par les mâles. Cependant, ces fameuses substances femelles n’ont jamais été trouvées chez la drosophile. La découverte du groupe de Richard Benton suggère qu’elles n’existent peut-être pas et attribue une fonction de détecteur olfactif au récepteur IR84a.
«Nous avons trouvé que ce récepteur détecte une molécule chimique dégagée par les tissus végétaux, l’acide phénylacétique, une odeur aromatique utilisée par exemple dans la fabrication de certains parfums, explique le chercheur. Auparavant, nous avions soumis ce récepteur à des extraits de phéromones produites par les femelles, sans aucune réponse», affirme Richard Benton.
Circuit de la séduction
Pour observer le fonctionnement de ce circuit de la séduction lors duquel le mâle poursuit la femelle, la renifle, lui fait de l’aile, lui bourdonne une chanson propre à l’espèce concernée et parvient finalement au but désiré, les chercheurs ont enfermé des spécimens dans un petit dispositif plastifié et transparent. Une «sex tape» démontrant alors sans doute possible le rôle du récepteur et de l’odeur en question.
«Nous avons vérifié que la suppression du gène de ce récepteur rendait le mâle beaucoup moins intéressé sur le plan sexuel. En outre, nos expériences ont démontré qu’un ajout artificiel de cette odeur végétale rendait le mâle normal encore beaucoup plus actif», ajoute le professeur Benton.
Les mouches drosophiles cherchent les fruits avariés, s’en nourrissent et y pondent leurs oeufs. On sait désormais qu’elles en captent une odeur aphrodisiaque qui déclenche le comportement sexuel des mâles. Existe-t-il des circuits aphrodisiaques similaires chez les êtres humains? La question reste ouverte…
