Découvertes Scientifiques Majeures de l’Année 2018 : naissance d’une souris à partir de 2 mères, Neutrinos, eau liquide sur Mars, médicament à interférence à ARN…

Voici un bref résumé de quelques découvertes scientifiques majeures en 2018 (non exhaustif bien sûr). Toutes les publications sont données à la fin dans les sources.

Faire naître une souris à partir de deux mères ou de deux pères

descendance bimaternelle souris

En octobre 2018, des équipes de recherche des universités de Pékin et Harbin (Li, Z.-K 2018) ont donné naissance à des souris issues de deux parents du même sexe appelés bimaternels et bipaternels. La reproduction asexuée monoparentale existe chez certains poissons, abeilles, amphibiens, reptiles mais elle n’existe pas chez les mammifères. C’est la parthénogenèse : le développement de l’œuf sans fécondation. En effet dans la reproduction sexuée, il est nécessaire d’avoir des chromosomes issus du père et de la mère issus des gamètes mâle et femelle (cellules reproductrices). Les génomes des gamètes des mâles et des femelles sont configurés de manière très différente. Par exemple, le génome de l’ovocyte (gamète femelle) est entouré d’histones (des protéines s’associant à l’ADN et lui donnant sa structure compactée) alors que celui du spermatozoïde est empaqueté avec des protamines. Les génomes parentaux ont également des différences en marques épigénétiques. Ces marques peuvent par exemple conduire à la répression d’un gène. On parle d’asymétrie de génomes parentaux liée aux empreintes parentales.

Ces différences sont nécessaires dans la reproduction sexuée. Elles rendent normalement impossible la reproduction entre deux parents du même sexe puisque deux spermatozoïdes ou 2 ovocytes auront leur génome semblable.

Les chercheurs chinois ont donc mis en place un traitement chimique pour éteindre le gène H19 et la région intergénique dlk-dio2 dans des deux cellules reproductrices (ovocytes ou spermatozoïdes) haploïdes. Les génomes des deux cellules germinales du même sexe ont été injectés dans un ovocyte énucléé qui a été implanté dans l’utérus d’une souris porteuse. Ils ont obtenu des souris avec deux mères et des souris avec 2 pères. Les souris bipaternelles n’ont survécu que 48h. Cela soulève des questions éthiques et sociales sur des éventuelles futures manipulations génétiques sur les embryons humains (interdites actuellement).

souris reproduction asexuée parthénogenèse empreintes génétiques

Un lac d’eau liquide sur Mars

Une équipe italienne de chercheurs travaillant pour l’ESA (Agence Européenne Spatiale) a découvert un lac d’eau liquide et salée dans le sous-sol sur Mars à proximité de la calotte polaire australe, à l’aide de la sonde spatiale et son instrument MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionospheric Sounding). Ce volume d’eau mesurerait 20 km de large.

Certaines études précédentes suggèrent qu’il y a 3,7 milliards d’année (période du Noachien sur Mars), Mars était une planète chaude avec de l’eau liquide à sa surface. Mars aurait perdu son champ magnétique et son atmosphère e à cause des vents solaires, la laissant froide et asséchée. Cependant ces périodes de climat chaud et humide n’auraient duré que moins de 10 000 ans par cycle entre les éruptions volcaniques intenses.

mars eau lac surface planète

Le séquençage ADN cellule par cellule

Cet ensemble de techniques dans la biologie de développement a été déclaré comme découverte majeure 2019 par le journal scientifique Science.

Un des buts de la biologie de développement est de comprendre comment une cellule se transforme en organisme complet composé de différents types cellulaires. L’ADN, le support de l’information génétique est le chef d’orchestre pour la multiplication et la différenciation cellulaire (la spécialisation et la différenciation des cellules). Les gènes s’expriment à travers la transcription en ARNm qui est ensuite traduit en protéines. Par exemple, les cellules digestives expriment d’autres gènes que les cellules musculaires. Leurs ARMm transcrits sont différents. L’ensemble des ARNm transcrits (expression génétique) forme le transcriptome.

Le séquençage permet de déterminer la succession des bases de l’ADN qui contient l’information génétique.

Pour analyser l’expression des gènes, une méthode du séquençage des ARN possible à l’échelle du tissu (ensemble de cellules) est de récupérer tous les ARN messagers après la lyse de cellules. Puis ces ARNm sont convertis en ADN complémentaire (ADNc) puis amplifiés puis séquencés. En comparant ces fragments d’ADNc avec un génome de référence, on obtient une matrice d’expression. Or dans un tissu, il y a plusieurs types cellulaires différents. Avec le séquençage ARNm, on obtiendra l’expression de gènes mais on ne saura pas dire s’ils sont exprimés dans un type de cellule spécifique (on ne pourra pas dire tel type de cellule exprime tels gènes).

Une des découvertes de l’année 2018 est le séquençage d’une cellule unique Single Cell RNA Seq. Cette fois-ci, on isole un type de cellule et on en extrait l’ARN que l’on amplifie en ADNc que l’on séquence. Le soucis est la difficulté d’extraire et d’isoler les cellules.

meta bar coding sequençageL’évolution d’une cellule et leurs lignées

Ce séquençage de cellules uniques appliqué à des cellules embryonnaires et leurs lignées (cellules après division) a permis de retracer l’évolution des cellules dans les premier moments de développement d’un organisme. Pour cela, des chercheurs ont analysé le développement des cellules embryonnaires. Des traceurs génétiques (des petites séquences ADN comme des étiquettes : un code bar propre “méta-barcoding”) ont été intégrés dans le cytoplasme (milieu-intracellulaire). Après la division des cellules de l’embryon en développement, ces séquences ont été incorporées aux chromosomes. Chaque lignée cellulaire contient donc un profil unique de ces traceurs génétiques. Ce qui permet de retracer le devenir cellulaire au fil du temps.

Le séquençage en parallèle de l’ADN à grande échelle et la microscopie en fluorescence avancée ont permis de suivre le développement d’embryon à différentes étapes. Une équipe d’Harvard a étudié le développement de grenouilles et de poissons zèbres. Allon Klein et Sean Megason ont séquencé l’ARNm de 92 000 cellules de poissons-zèbres avec des embryons de 4h jusqu’à 24h après la fécondation.

En comparant l’expression génétique d’un même type cellulaire de la grenouille et du poisson-zèbre, ils ont constaté que les voies de développement varient selon les espèces pour un même type de cellule.

expression genetique metabarcoding arnsc-seq sequençage

Détection d’un neutrino cosmique provenant d’un blazar

schema atome neutron electron proton constituants

Pendant longtemps on a cru que les atomes étaient les plus petits constituants de la matière. Puis on a découvert qu’une atome est composé d’un noyau (de protons et de neutrons) et d’électrons qui gravitent autour. Or les protons et les neutrons sont eux-mêmes constitués de particules élémentaires encore plus petites : les quarks. Ces particules sont caractérisées par leur masse, leur charge électrique et leur spin. Les électrons eux-mêmes sont déjà une particule élémentaire de la famille des leptons avec les neutrino, les muon et tau.

L’IceCube est un détecteur en Antarctique conçu pour détecter de manière indirecte et observer les neutrinos qui entrent en collision avec des noyaux de glace. Ces neutrinos ont la particularité de pouvoir traverser très facilement la matière à la vitesse de la lumière. L’énergie contenue par le neutrino donne des informations sur leur origine :

  • Les neutrinos de basse énergie sont produits lors de réactions nucléaires dans les étoiles ou les supernovas.
  • Les neutrinos de haute énergie impliquent des collisions avec d’autres particules énergétiques comme les collisions entre les rayons cosmiques et les atomes de l’atmosphère..

quasar photo

Ces collisions entre des neutrinos de haute énergie avec un atome sont rares à détecter. La collision provoque la désintégration du noyau de l’atome et libère un muon. Cette particule engendre un flash de lumière bleue appelée radiation de Tchrenkov qui permet de déterminer la direction d’origine du neutrino.

Le 22 septembre 2017 à 20h54, un neutrino de haute énergie a été détecté par l’IceCube. Et cette direction coïncide avec une source de neutrino, le blazar TXS 06506+056. Un blazar est objet qui émet des jets de plasma (quasar = galaxie très énergétique avec un noyau actif) associé  un trou noir supermassif.

neutrino tchrenkov icecube

Visualisation schématique de la traversé d’un neutrino dans l’IceCube

Un des 25 plus grands cratères d’impact découvert au Groenland

cratère groenland

En novembre 2018, un cratère de 31 km de diamètre a été découvert sous la glace du Groenland. Ce cratère d’impact pourrait dater du Pléistocène. Ces chercheurs  ont utilisé des radars pour voir à quoi ressemble le Groenland sous la glace. Ils ont identifié une dépression avec un rebord surélevé. Le cratère est situé au Nord (78,72° N) ce qui pourrait indiquer un impact oblique dirigé vers le nord.

La météorite pourrait être en fer avec une densité de 8000 kg/m3 arrivé à une vitesse de 20 km/s et avec un diamètre de 1,5 km. Cette météorite aurait vaporisé et fait fondre 20 km3 de roche.

Le Dickinsonia, le premier animal ?

En septembre 2018, une équipe australienne a retrouvé et analysé des restes de cholestérol fossile sur des fossiles de Dickinsonia, datés d’il y a 558 millions d’années. Le cholestérol est une molécule exclusivement animale. Cet espèce pourrait être le premier animal sur terre.

Dickinsonia

Commercialisation future du premier médicament à interférence à ARN

mécanismes ARN interférence ARNsiRécemment des ARN non codants ont été découverts avec pour rôle la régulation de l’expression des gènes : les microARN ARNmi et ARNinterférents ARNsi.

Pour rappel, l’ADN est le support de l’information génétique qui est transcrit ensuite en ARNmessager codant, traduit en protéines mais il existe des ARN non codants.

L‘interférence à ARN consiste à bloquer l’expression des gènes par une molécule d’ARN double brin (dite bicaténaire). L’entreprise Alnylam a developpé un médicament utilisant ce mécanisme afin de bloquer un gène impliqué dans une maladie.

 

En août 2018, la Food and Drug Administration aux Etats-Unis a approuvé le premier traitement à base d’ARN interférent contre la maladie neurodégénérative : polyneuropathie causée par la protéine transthyrétine (TTR). C’est une maladie génétique rare, débilitante et souvent fatale caractérisée par une accumulation de protéines amyloïdes anormales dans les nerfs et d’autres organes. Le médicament Patisiran (Onpattro) développé par les laboratoires Alnylam est un ARNi administré par voie intraveineuse qui cible et inactive un ARNmessager lié à la production de la transthyrétine. Le but est de de diminuer son accumulation dans l’organisme et de ralentir la progression de l’amylose héréditaire à transthyrétine. Le traitement par contre coûte 450 000 dollards par patient et par an.

Comme on peut le voir sur le graphique ci-dessous lors d’un essai clinique randomisé sur 225 patients, le patisiran a réduit de 78% les niveaux sériques en transthyrétine par rapport au placébo. L’effet a atteint son maximum après 7-10 jours et a été consistant sur 18 mois. Les patients traités ont également eu de meilleurs résultats pour la force musculaire et les sensations (douleur, température). Les effets indésirables survenus étaient des bouffées de chaleur, des maux de dos, des nausées, des douleurs abdominales, de la dyspnée (difficultés respiratoires) et des maux de tête.

étude apollo partisiran

Le plus vieux embryon de serpent fossilisé

Une équipe de l’Université d’Alberta (Lida Xing 2018) a découvert le premier embryon de serpent fossilisé conservé dans l’ambre du Crétacé Supérieur datant d’il y a 105 millions d’années. Ce fossile est un squelette post crânien articulé qui comprendre des vertèbres. Un second fossile contient un fragment de peau. Cela indique une plus grande diversité écologique parmi les premiers serpents. C’est le premier serpent retrouvé dans un environnement forestier.

embryon serpent ambre fossile

 

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Sources :

Amandine Henckel, Robert Fei. Asymétrie des génomes parentaux. Implications en pathologie

Li, Z.-K., Wang, L.-Y., Wang, L.-B., Feng, G.-H., Yuan, X.-W., Liu, C., … Hu, B.-Y. (2018). Generation of Bimaternal and Bipaternal Mice from Hypomethylated Haploid ESCs with Imprinting Region Deletions. Cell Stem Cell. doi:10.1016/j.stem.2018.09.004

Orosei, R.et al. (2018). Radar evidence of subglacial liquid water on Mars. Science, eaar7268. doi:10.1126/science.aar7268

http://sci.esa.int/mars-express/58613-new-evidence-for-a-warmer-and-wetter-early-mars/

https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Mars_Express/Mars_Express_detects_liquid_water_hidden_under_planet_s_south_pole

Lida Xing et al. A mid-Cretaceous embryonic-to-neonate snake in amber from Myanmar, Science Advances (2018).

Pennisi, E. (2018). Chronicling embryos, cell by cell, gene by gene. Science, 360(6387), 367–367. doi:10.1126/science.360.6387.367

Ice Cube Collaboration, Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A, Science, Vol. 361, p. 147, 13 July 2018

https://www.fda.gov/newsevents/newsroom/pressannouncements/ucm616518.htm

https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/nda/2018/210922Orig1s000MultiR.pdf

http://www.anu.edu.au/news/all-news/fat-from-558-million-years-ago-reveals-earliest-known-animal

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