Pour le moins étonnant !

Motorized molecules driven by light have been used to drill holes in the membranes of individual cells and show promise for either bringing therapeutic agents into the cells or directly inducing the cells to die.

Researchers at Rice, Durham (U.K.) and North Carolina State universities demonstrated in lab tests how rotors in single-molecule nanomachines can be activated by ultraviolet light to spin at 2 to 3 million rotations per second and open membranes in cells.

The researchers used motors based on work by Nobel laureate Bernard Feringa, who won the prize for chemistry in 2016. The motor itself is a paddle-like chain of atoms that can be prompted to move in a single direction when supplied with energy. Properly mounted as part of the cell-targeting molecule, the motor can be made to spin when activated by a light source.

The work detailed this week in Nature was led by chemists James Tour of Rice, Robert Pal of Durham and Gufeng Wang of North Carolina State. Their labs collaborated to create several motorized molecules that can home in on specific cells, and they viewed what happens when they activate the motors with light.

The Tour lab previously demonstrated molecular motors whose diffusion in a solution was enhanced, if not specifically directed, when activated by ultraviolet light. The rotors needed to spin between 2 and 3 megahertz -- 2 to 3 million times per second -- to show they could overcome obstacles presented by adjacent molecules and outpace natural Brownian motion.

"We thought it might be possible to attach these nanomachines to the cell membrane and then turn them on to see what happened," Tour said. The motors, only about a nanometer wide, can be designed to target and then either tunnel through a cell's lipid bilayer membrane to deliver drugs or other payloads or disrupt the 8-10 nanometer-wide membrane, thereby killing the cell. They can also be functionalized for solubility and for fluorescent tracking, he said.

"These nanomachines are so small that we could park 50,000 of them across the diameter of a human hair, yet they have the targeting and actuating components combined in that diminutive package to make molecular machines a reality for treating disease," Tour said.

The Rice lab created 10 variants, including motor-bearing molecules in several sizes and peptide-carrying nanomachines designed to target specific cells for death, as well as control molecules identical to the other nanomachines but without motors.

The Wang lab first successfully tested the motorized molecule's ability to open a synthetic lipid bilayer vesicle, allowing dyed solution to get inside. Next, they trapped dye-carrying molecular motors inside a vesicle, activated them with ultraviolet light and watched as the fluorescent dye faded, which suggested the motor had punched through the vesicle wall.

The researchers found it takes at least a minute for a motor to tunnel through a membrane. "It is highly unlikely that a cell could develop a resistance to molecular mechanical action," Tour said.

Pal expects nanomachines will help target cancers like breast tumors and melanomas that resist existing chemotherapy. "Once developed, this approach could provide a potential step change in noninvasive cancer treatment and greatly improve survival rates and patient welfare globally," he said.

The Pal lab at Durham tested motors on live cells, including human prostate cancer cells. Experiments showed that without an ultraviolet trigger, motors could locate specific cells of interest but stayed on the targeted cells' surface and were unable to drill into the cells. When triggered, however, the motors rapidly drilled through the membranes.

Test motors designed to target prostate cancer cells broke through their membranes from outside and killed them within one to three minutes of activation, Pal said. Videos of the cells showed increased blebbing -- bubbling of the membrane -- within minutes after activation.

Smaller molecular motors were harder to track but proved better at getting into cells quickly upon ultraviolet activation, disrupting their membranes and killing them. Motorless control molecules were unable to kill cells upon ultraviolet exposure, which eliminated thermal absorption of ultraviolet light as the cause of disruption, according to the researchers.

They expect the rotors may eventually be activated by two-photon absorption, near-infrared light or radio frequencies, which would make the technique more viable for in-vivo treatment; this would pave the way toward the establishment of novel, easy and cost-effective photodynamic therapy.

"The researchers are already proceeding with experiments in microorganisms and small fish to explore the efficacy in-vivo," Tour said. "The hope is to move this swiftly to rodents to test the efficacy of nanomachines for a wide range of medicinal therapies."

Rice graduate student Victor Garcia-López is lead author of the study. Co-authors are graduate students Lizanne Nilewski and Amir Aliyan; research scientist Guillaume Duret; Anatoly Kolomeisky, a professor of chemistry and chemical and biomolecular engineering; and Jacob Robinson, an assistant professor of electrical and computer engineering, all of Rice; and North Carolina State alumnus Fang Chen. Pal is a Royal Society University Research Fellow at Durham (U.K.). Wang is an assistant professor of analytical chemistry at North Carolina State. Tour is the T.T. and W.F. Chao Chair in Chemistry as well as a professor of computer science and of materials science and nanoengineering at Rice.


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Les molécules motorisées entraînées par la lumière ont été utilisées pour forer des trous dans les membranes de cellules individuelles et se révéler prometteuses soit d'amener des agents thérapeutiques dans les cellules, soit d'induire directement les cellules à mourir.

Des chercheurs de Rice, Durham (U.K.) et des universités de l'État de Caroline du Nord ont démontré dans des tests de laboratoire comment les rotors des nanomachines à une molécule peuvent être activés par la lumière ultraviolette pour tourner à 2 à 3 millions de rotations par seconde et ouvrir les membranes dans les cellules.

Les chercheurs ont utilisé des moteurs basés sur le travail du lauréat du prix Nobel Bernard Feringa, qui a remporté le prix de la chimie en 2016. Le moteur lui-même est une chaîne d'atomes de type paddle qui peut être incité à se déplacer dans une seule direction lorsqu'il est alimenté en énergie. Bien monté comme une partie de la molécule de ciblage cellulaire, le moteur peut tourner lorsqu'il est activé par une source lumineuse.

Le travail détaillé cette semaine dans Nature a été dirigé par les chimistes James Tour de Rice, Robert Pal de Durham et Gufeng Wang, de l'État de Caroline du Nord. Leurs laboratoires ont collaboré pour créer plusieurs molécules motorisées qui peuvent se loger sur des cellules spécifiques, et ils ont vu ce qui se passe lorsqu'ils activent les moteurs avec de la lumière.

Le laboratoire de tournée a précédemment démontré des moteurs moléculaires dont la diffusion dans une solution a été améliorée, sinon spécifiquement dirigée, lorsqu'elle est activée par la lumière ultraviolette. Les rotors ont besoin de tourner entre 2 et 3 mégahertz - 2 à 3 millions de fois par seconde - pour montrer qu'ils pourraient surmonter les obstacles présentés par les molécules adjacentes et dépasser le mouvement Brownien naturel.

"Nous avons pensé qu'il serait possible d'attacher ces nanomachines à la membrane cellulaire, puis de les allumer pour voir ce qui se passe", a déclaré le Tour. Les moteurs, d'environ un nanomètre de largeur, peuvent être conçus pour cibler, puis soit percer un tunnel à travers la membrane bicouche lipidique d'une cellule pour délivrer des médicaments ou d'autres charges utiles ou soit perturber la membrane de 8 à 10 nanomètres, ce qui tue la cellule. Ils peuvent également être fonctionnalisés pour la solubilité et pour le suivi fluorescent, a-t-il dit.

"Ces nanomachines sont si petites que nous pourrions stationner 50 000 d'entre eux à travers le diamètre des cheveux humains, mais ils ont les composants de ciblage et d'actionnement combinés dans ce petit paquet pour rendre les machines moléculaires une réalité pour le traitement de la maladie", a déclaré Tour.

Le laboratoire de Rice a créé 10 variantes, y compris des molécules à moteur en plusieurs tailles et des nanomachines porteuses de peptides conçues pour cibler des cellules spécifiques pour la mort, ainsi que des molécules témoins identiques aux autres nanomachines mais sans moteurs.

Le laboratoire Wang a d'abord testé avec succès la capacité de la molécule motorisée à ouvrir une vésicule bicouche lipidique synthétique, permettant à la solution teinte d'entrer à l'intérieur. Ensuite, ils ont piégé des moteurs moléculaires porteurs de colorants à l'intérieur d'une vésicule, les ont activés avec de la lumière ultraviolette et ont observé que la teinture fluorescente s'estompe, ce qui suggère que le moteur a frappé à travers la paroi de la vésicule.

Les chercheurs ont constaté qu'il fallait au moins une minute pour qu'un moteur s'entasse sur une membrane. "Il est hautement improbable qu'une cellule puisse développer une résistance à l'action de la mécanique moléculaire", a déclaré le Tour.

Pal s'attend à ce que les nanomachines aideront à cibler les cancers comme les tumeurs mammaires et les mélanomes qui résistent à la chimiothérapie existante. "Une fois développé, cette approche pourrait apporter un changement d'étape potentiel dans le traitement non invasif du cancer et améliorer considérablement les taux de survie et le bien-être des patients à l'échelle mondiale", a-t-il déclaré.

Le laboratoire Pal à Durham a testé les moteurs sur les cellules vivantes, y compris les cellules cancéreuses de la prostate humaine. Les expériences ont montré que sans un déclencheur ultraviolet, les moteurs pouvaient localiser des cellules spécifiques d'intérêt, mais restent sur la surface des cellules ciblées et ne pouvaient pas forer dans les cellules. En cas de déclenchement, les moteurs ont rapidement percé les membranes.

Les moteurs d'essai conçus pour cibler les cellules cancéreuses de la prostate ont traversé leurs membranes de l'extérieur et les ont tués dans une à trois minutes d'activation, a déclaré Pal. Les vidéos des cellules ont montré une augmentation du bourdonnement - bouillonnement de la membrane - quelques minutes après l'activation.

Les moteurs moléculaires plus petits ont été plus difficiles à suivre, mais se sont avérés meilleurs pour entrer rapidement dans les cellules lors de l'activation des ultraviolets, perturbant leurs membranes et les tuant. Les molécules de contrôle sans moteur ont été incapables de tuer les cellules lors de l'exposition aux rayons ultraviolets, ce qui a permis d'éliminer l'absorption thermique de la lumière ultraviolette comme cause de perturbation, selon les chercheurs.

Ils s'attendent à ce que les rotors puissent éventuellement être activés par l'absorption de deux photons, la lumière infrarouge proche ou les fréquences radio, ce qui rendrait la technique plus viable pour un traitement in vivo; Cela ouvrirait la voie à l'établissement d'une thérapie photodynamique nouvelle, facile et rentable.

"Les chercheurs procèdent déjà à des expériences de microorganismes et de petits poissons pour explorer l'efficacité in vivo", a déclaré Tour. "L'espoir est de se déplacer rapidement vers les rongeurs pour tester l'efficacité des nanomachines pour un large éventail de thérapies médicinales".

L'étudiant diplômé de Rice Victor Garcia-López est l'auteur principal de l'étude. Les co-auteurs sont des étudiants diplômés Lizann

More than 100 drugs have been approved to treat cancer, but predicting which ones will help a particular patient is an inexact science at best.

A new device developed at MIT may change that. The implantable device, about the size of the grain of rice, can carry small doses of up to 30 different drugs. After implanting it in a tumor and letting the drugs diffuse into the tissue, researchers can measure how effectively each one kills the patient's cancer cells.

Such a device could eliminate much of the guesswork now involved in choosing cancer treatments, says Oliver Jonas, a postdoc at MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research and lead author of a paper describing the device in the April 22 issue of Science Translational Medicine.

"You can use it to test a patient for a range of available drugs, and pick the one that works best," Jonas says.

The paper's senior authors are Robert Langer, the David H. Koch Professor at MIT and a member of the Koch Institute, the Institute for Medical Engineering and Science, and the Department of Chemical Engineering; and Michael Cima, the David H. Koch Professor of Engineering at MIT and a member of the Koch Institute and the Department of Materials Science and Engineering.

Putting the lab in the patient

Most of the commonly used cancer drugs work by damaging DNA or otherwise interfering with cell function. Recently, scientists have also developed more targeted drugs designed to kill tumor cells that carry a specific genetic mutation. However, it is usually difficult to predict whether a particular drug will be effective in an individual patient.

In some cases, doctors extract tumor cells, grow them in a lab dish, and treat them with different drugs to see which ones are most effective. However, this process removes the cells from their natural environment, which can play an important role in how a tumor responds to drug treatment, Jonas says.

"The approach that we thought would be good to try is to essentially put the lab into the patient," he says. "It's safe and you can do all of your sensitivity testing in the native microenvironment."

The device, made from a stiff, crystalline polymer, can be implanted in a patient's tumor using a biopsy needle. After implantation, drugs seep 200 to 300 microns into the tumor, but do not overlap with each other. Any type of drug can go into the reservoir, and the researchers can formulate the drugs so that the doses that reach the cancer cells are similar to what they would receive if the drug were given by typical delivery methods such as intravenous injection.

After one day of drug exposure, the implant is removed, along with a small sample of the tumor tissue surrounding it, and the researchers analyze the drug effects by slicing up the tissue sample and staining it with antibodies that can detect markers of cell death or proliferation.

Ranking cancer drugs

To test the device, the researchers implanted it in mice that had been grafted with human prostate, breast, and melanoma tumors. These tumors are known to have varying sensitivity to different cancer drugs, and the MIT team's results corresponded to those previously seen differences.

The researchers then tested the device with a type of breast cancer known as triple negative, which lacks the three most common breast cancer markers: estrogen receptor, progesterone receptor, and Her2. This form of cancer is particularly aggressive, and none of the drugs used against it are targeted to a specific genetic marker.

Using the device, the researchers found that triple negative tumors responded differently to five of the drugs commonly used to treat them. The most effective was paclitaxel, followed by doxorubicin, cisplatin, gemcitabine, and lapatinib. They found the same results when delivering these drugs by intravenous injection, suggesting that the device is an accurate predictor of drug sensitivity.

In this study, the researchers compared single drugs to each other, but the device could also be used to test different drug combinations by putting two or three drugs into the same reservoir, Jonas says.

"This device could help us identify the best chemotherapy agents and combinations for every tumor prior to starting systemic administration of chemotherapy, as opposed to making choices based on population-based statistics. This has been a longstanding pursuit of the oncology community and an important step toward our goal of developing precision-based cancer therapy," says Jose Baselga, chief medical officer at Memorial Sloan Kettering Cancer Center and an author of the paper.

The researchers are now working on ways to make the device easier to read while it is still inside the patient, allowing them to get results faster. They are also planning to launch a clinical trial in breast cancer patients next year.

Another possible application for this device is to guide the development and testing of new cancer drugs. Researchers could create several different variants of a promising compound and test them all at once in a small trial of human patients, allowing them to choose the best one to carry on to a larger clinical trial.

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Plus de 100 médicaments ont été approuvés pour traiter le cancer, mais prédire ceux qui aideront un patient particulier est une science inexacte, au mieux.

Un nouveau dispositif développé au MIT peut changer cela. Le dispositif implantable, de la taille du grain de riz, peut transporter de petites doses de jusqu'à 30 médicaments différents. Après l'implantation dans une tumeur et en laissant les médicaments se diffuser dans le tissu, les chercheurs peuvent mesurer leur efficacité dans les cellules cancéreuses du patient.

Un tel dispositif pourrait éliminer une grande partie des questionnements maintenant impliqués dans le choix des traitements contre le cancer, dit Oliver Jonas, un post-doc à l'Institut Koch du MIT for Cancer Research intégrative et auteur principal d'un article décrivant le dispositif dans le numéro de Avril 22 de Science Translational Medicine.

"Vous pouvez l'utiliser pour tester un patient pour une gamme de médicaments disponibles, et choisir celui qui fonctionne le mieux», dit Jonas.

Les auteurs principaux de l'article sont Robert Langer, le professeur David H. Koch au MIT et membre de l'Institut Koch, l'Institut de l'ingénierie médicale et de la science, et le Département de génie chimique; et Michael Cima, David H. Koch professeur de génie au MIT et membre de l'Institut Koch et le Département de science des matériaux et en génie.

Mettre le laboratoire dans le patient

La plupart des médicaments anticancéreux couramment utilisés fonctionnent en endommageant l'ADN ou interférent autrement avec le fonctionnement des cellules. Récemment, les scientifiques ont également développé des médicaments plus ciblés conçus pour tuer les cellules tumorales qui portent une mutation génétique spécifique. Cependant, il est généralement difficile de prédire si un médicament particulier sera efficace pour un patient individuel.

Dans certains cas, les médecins extraient les cellules tumorales, les font croitre dans un plat de laboratoire, et les traitent avec des médicaments différents pour voir ceux qui sont les plus efficaces. Toutefois, ce processus élimine les cellules de leur environnement naturel, qui peut jouer un rôle important dans la façon dont une tumeur répond à un traitement médicamenteux, dit Jonas.

"L'approche que nous pensions pouvoir être valable est d'essayer est de mettre essentiellement le laboratoire dans le patient», dit-il. "C'est sécuritaire et vous pouvez faire toutes vos tests de sensibilité dans le microenvironnement natif."

Le dispositif, constitué d'un polymère rigide, cristalline, peut être implanté dans la tumeur d'un patient en utilisant une aiguille de biopsie. Après l'implantation, les médicaments infiltrent entre 200 et 300 microns dans la tumeur, mais ne se chevauchent pas les uns avec les autres. N'importe quel type de médicament peut aller dans le réservoir, et les chercheurs peuvent formuler les médicaments afin que les doses qui atteignent les cellules cancéreuses soient semblables à ce que les patients recevraient si le médicament a été donné par les méthodes de livraison typiques telles que l'injection intraveineuse.

Après un jour de l'exposition au médicament, l'implant est retiré, et aussi d'un petit échantillon de tissu tumoral qui l'entoure, et les chercheurs ont analysé les effets du médicament par tranchage de l'échantillon de tissu et coloration avec des anticorps qui peuvent détecter les marqueurs de la mort cellulaire ou prolifération.

Classement médicaments contre le cancer

Pour tester le dispositif, les chercheurs ont implanté dans des souris qui avaient été greffés avec prostate humaine, du sein et des tumeurs de mélanome. Ces tumeurs sont connus pour avoir une sensibilité variable aux différents médicaments contre le cancer, et les résultats de l'équipe MIT correspondait à ces différences vues précédemment.

Les chercheurs ont ensuite testé l'appareil avec un type de cancer du sein connu sous le nom de "triple négatif", qui est dépourvu des trois marqueurs du cancer du sein les plus courants: récepteur oestrogène, récepteur de la progestérone, et Her2. Cette forme de cancer est particulièrement agressive, et aucun des médicaments utilisés contre elle ne sont ciblés à un marqueur génétique spécifique.

Avec l'utilisation de l'appareil, les chercheurs ont constaté que les tumeurs triples négatives ont réagi différemment à cinq des médicaments couramment utilisés pour les traiter. Le plus efficace est le paclitaxel, suivi par la doxorubicine, le cisplatine, la gemcitabine et le lapatinib. Ils ont trouvé les mêmes résultats lors de la livraison de ces médicaments par injection intraveineuse, ce qui suggère que le dispositif est un indicateur précis de la sensibilité au médicament.

Dans cette étude, les chercheurs ont comparé les médicaments simples les unes aux autres, mais le dispositif pourrait également être utilisé pour tester différentes combinaisons de médicaments en mettant deux ou trois médicaments dans le même réservoir, dit Jonas.

"Ce dispositif pourrait nous aider à identifier les meilleurs agents de chimiothérapie et des combinaisons pour chaque tumeur avant de commencer l'administration systémique de la chimiothérapie, plutôt que de faire des choix basés sur les statistiques de la population. Cela a été une poursuite de longue date de la communauté de l'oncologie et une étape importante vers notre objectif de développer la thérapie du cancer basé sur la précision », explique Jose Baselga, médecin-chef au Memorial Sloan Kettering Cancer Center et auteur de l'article.

Les chercheurs travaillent actuellement sur les moyens de rendre le dispositif plus facile à lire alors qu'il est encore à l'intérieur du patient, leur permettant d'obtenir des résultats plus rapidement. Ils envisagent également de lancer un essai clinique chez les patients du cancer du l'année prochaine.

Une autre application possible pour cet appareil est de guider le développement et l'expérimentation de nouveaux médicaments contre le cancer. Les chercheurs pourraient créer plusieurs variantes d'un composé prometteur et les tester à la fois dans un petit essai de patients humains, leur permettant de choisir le meilleur pour mener à un plus grand essai clinique.

EPFL scientists discover that certain cell structures, the centrioles, could act as information carriers throughout cell generations. The discovery raises the possibility that transmission of biological information could involve more than just genes.

Centrioles are barrel-shaped structures inside cells, made up of multiple proteins. They are currently the focus of much research, since mutations in the proteins that make them up can cause a broad range of diseases, including developmental abnormalities, respiratory conditions, male sterility and cancer. Publishing in the Nature journal Cell Research, EPFL scientists show that the original centrioles of a fertilized egg, which only come from the father, persist across tens of cell divisions in the developing embryo. The surprising finding raises the possibility that centrioles may actually be carriers of information, with profound implications for biology and disease treatment.

Perhaps best known for their role in cell division, centrioles ensure that chromosomes are properly passed on to the new daughter cells. However, they are also found in cilia, the long eyelash-like structures that allow many cells in the body to signal to their neighbors and other cells to exhibit motility, e.g. in cells that line the respiratory tracts. During reproduction, both parents equally contribute genetic material, while the female egg donates most of the cell organelles, such as mitochondria. However, the centrioles of the newly fertilized embryo come exclusively from the male's sperm, bringing with them any malfunctions to the first embryo cells.

Passing information across generations

The lab of Pierre Gönczy at EPFL's Swiss Institute for Experimental Cancer Research has found that centrioles can carry such information beyond the first cells to many of a developing embryo to several cell generations. The study focused on the worm C. elegans, which is commonly used as a model organism for embryonic development and human genetic diseases. As in other species, including humans, centrioles in C. elegans are only contributed by sperm cells. Gönczy's team wanted to know how far do these "original" centrioles last across the cell divisions that turn a fertilized egg into a fully formed embryo.

In order to track the fate of the centrioles, the scientists used genetically modified versions of C. elegans, in which they could tag three different centriole proteins with a fluorescent signal. Tagged male worms were mated to untagged females, so that the scientists could specifically track centriole components that were contributed from the father during the course of embryogenesis.

Gönczy's team imaged the fluorescent signals at different cell divisions of the developing embryos, and discovered that paternally contributed centriole proteins can actually persist up to ten cell generations. The data show for the first time that centrioles are remarkably persistent in the developing embryo.

Even more intriguing are the implications the study has for biology at large, as it raises the possibility that centrioles, persisting across several cell cycles, could effectively be a non-genetic information carrier. If this were confirmed, it could represent a paradigm shift in the way we think and understand the biology of an organelle that has been present across eukaryotic evolution.

Nonetheless, this does not detract from the value this study holds for medicine. Considering the number of diseases associated with centrioles, this could open the way for innovative treatment approaches. In particular, the study demonstrates how malfunctioning centrioles can pass directly from the father and well into the life of the embryo. This can have serious implications for the way we understand centriole diseases.

"Centrioles have always been seen as something that just jumpstarts the development of the embryo," says Pierre Gönczy. "Here we show that centrioles could be the means of a unidirectional inheritance of information, with considerable impact in early development." His team will next investigate if the exceptional persistence of centrioles extends to other systems, including human cells.

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Les chercheurs de l'EPFL ont découvert que certaines structures cellulaires, les centrioles, pourraient agir comme des supports d'information à travers les générations cellulaires. La découverte soulève la possibilité que la transmission de l'information biologique pourrait impliquer plus que des gènes.

Les centrioles sont des structures en forme de tonneau intérieur des cellules, constitués de multiples protéines. Ils font actuellement l'objet de beaucoup de recherches, puisque des mutations dans les protéines qui les composent peuvent causer un large éventail de maladies, y compris des anomalies du développement, des troubles respiratoires, la stérilité mâle et le cancer. Publiés dans la recherche sur la nature revue Cell, les scientifiques de l'EPFL montrent que les centrioles d'origine d'un ovule fécondé, qui ne viennent que du père, persistent sur des dizaines de divisions cellulaires dans l'embryon en développement. La découverte surprenante soulève la possibilité que les centrioles peuvent en fait être porteurs de l'information, avec de profondes implications pour la biologie et le traitement de la maladie.

Peut-être mieux connu pour son rôle dans la division cellulaire, les centrioles assurent que les chromosomes sont correctement transmises aux cellules filles. Cependant, ils sont également présents dans les cils, les structures de cils comme "plus longues" qui permettent de nombreuses cellules dans le corps pour signaler à leurs voisines et à d'autres cellules d'exposer la motilité, par exemple dans les cellules qui tapissent les voies respiratoires. Pendant la reproduction, les deux parents contribuent également au matériel génétique, tandis que l'ovule donne la plupart des organites cellulaires tels que mitochondries. Cependant, les centrioles de l'embryon nouvellement fécondé proviennent exclusivement du sperme du mâle, apportant avec elles des dysfonctionnements aux premières cellules embryonnaires.

La transmission d'informations entre les générations

Le laboratoire de Pierre Gönczy au Swiss Institute de l'EPFL pour la recherche expérimentale sur le cancer a constaté que centrioles peuvent transporter de telles informations au-delà des premières cellules à beaucoup d'un embryon en développement à plusieurs générations de cellules. L'étude a porté sur le ver C. elegans, qui est couramment utilisé comme un organisme modèle pour le développement embryonnaire et les maladies génétiques humaines. Comme dans d'autres espèces, y compris les humains, les centrioles dans le C. elegans ne sont apportés par les spermatozoïdes. L'équipe de Gönczy voulait savoir jusqu'où ces centrioles "originaux" duraient à travers les divisions cellulaires qui font d'un œuf fécondé un embryon complètement formé.

Afin de suivre le sort des centrioles, les scientifiques ont utilisé des versions génétiquement modifiées de C. elegans, dans lequel ils pourraient étiqueter trois protéines différentes de la centriole avec un signal fluorescent modifiés. Les vers mâles ont été ensuite accouplés à des femelles non marquées, de sorte que les scientifiques pourraient suivre spécifiquement les composants centriole qui ont été contribué par le père au cours de l'embryogenèse.

L'équipe de Gönczy a scanné les signaux fluorescents à différentes divisions cellulaires des embryons en développement, et a découvert que les protéines ont qui ont contribué au centriole paternel peuvent en fait persister jusqu'à dix générations de cellules. Les données montrent pour la première fois que les centrioles sont remarquablement persistant dans l'embryon en développement.

Encore plus intriguantes sont les implications de l'étude pour la biologie en général, car elles soulèvent la possibilité que les centrioles, persistant à travers plusieurs cycles cellulaires, pourraient effectivement être un support d'information non génétique. Si cela était confirmé, il pourrait représenter un changement de paradigme dans la façon de penser et comprendre la biologie d'un organite qui a été présente dans l'évolution eucaryote.

Néanmoins, cela n'enlève rien à la valeur de cette étude pour la médecine. Compte tenu du nombre de maladies associées aux centrioles, cela pourrait ouvrir la voie à des approches thérapeutiques innovantes. En particulier, l'étude montre comment centrioles défectueux peuvent passer directement du père dans la vie de l'embryon. Cela peut avoir de graves conséquences pour la façon dont nous comprenons les maladies des centrioles.

"Les centrioles ont toujours été vu comme quelque chose qui démarraient le développement de l'embryon», dit Pierre Gönczy. "Ici, nous montrons que les centrioles pourraient être les moyens d'un héritage unidirectionnelle de l'information, avec un impact considérable dans le développement des jeunes." Son équipe va ensuite vérifier si la persistance exceptionnelle de centrioles se étend à d'autres systèmes, y compris les cellules humaines.

Des scientifiques de l'Université de Nottingham ont découvert que certaines séquences d'ADN non codant, encore appelé "ADN poubelle", parce qu'elle ne se traduit pas en protéines, semblent jouer un rôle important dans l'apparition de certains cancers.

Les chercheurs, dirigés par Cristina Tufarelli, ont notamment découvert qu'un élément génétique défectueux - la transcription chimérique LCT13 - est associé à l'inhibition d'un gène suppresseur de tumeur, le TFPI-2, dont l'expression est nécessaire pour empêcher l'apparition de certains cancers et le développement des métastases.

Commentant cette découverte, le docteur Tufarelli précise que "nous avons identifié une nouvelle voie par laquelle l'ADN non codant peut venir perturber le fonctionnement cellulaire normal, jusqu'à provoquer l'apparition d'un cancer. Nous allons à présent à présent essayer de comprendre le détail de ce mécanisme, ce qui devrait nous permettre de concevoir des traitements bloquant ce processus génétique propice aux cancers".

Ce texte est long j'en conviens mais il contient un part d'espoir dans le sens que cette nouvelle définition du cancer pourrait indiquer une nouvelle voie de recherches. Lisez seulement la conclusion si c'est trop long...

Recherche. Selon deux astrobiologistes, les cancers dont souffrent tant d'être humains et d'animaux ne seraient dus qu'à la réactivation de gènes ancestraux.

Passionnés par les origines de la vie terrestre et extraterrestre, deux astrobiologistes, Charley Lineweaver, de l'université d'Australie à Canberra, et Paul Davies, de l'Arizona State University aux Etats-Unis, proposent aujourd'hui une vision radicalement nouvelle du cancer.

Si elle peut paraître simpliste, elle fait la part belle à la logique. Ces chercheurs sont partis d'un constat simple : si le cancer existe chez tant d'humains et d'animaux, c'est qu'il n'est pas dû à un malencontreux hasard dénaturant la réplication des gènes comme le veut la théorie actuelle, mais qu'il est plutôt le fruit d'un mécanisme bien rodé.

Les propriétés du cancer sont trop complexes pour pouvoir être expliquées par des erreurs génétiques s'accumulant en quelques décennies à mesure que le corps vieillit. L'argument est de taille : en biologie, la complexité est généralement plus attribuable à une logique évolutive qu'à la simple malchance… Mais le cancer fait traditionnellement figure d'exception. Faute de mieux, on considère qu'une cellule devient cancéreuse parce qu'une succession « d'accidents » se produit dans les gènes qui contrôlent sa multiplication. Ces erreurs, d'abord inaperçues, finissent, en s'accumulant, par engendrer un mutant cancéreux incontrôlable.

Ce fatalisme déplaît aux deux astrophysiciens. Dans l'immense majorité des cas, les mutations génétiques sont des défauts qui conduisent à la mort de la cellule. Curieusement, dans le cancer, ces supposées mutations renforcent la cellule et lui confèrent une formidable capacité de survie. Fort de ce constat, les scientifiques ont envisagé une nouvelle thèse. Ils ont pensé que les cellules cancéreuses utilisent un système de navigation performant régulé par des gènes déjà en place.

Un mode de régulation très basique

Ainsi, plutôt que de créer des gènes mutants, qui auraient peu de chance de fonctionner, les cellules cancéreuses se « brancheraient » sur un mode de régulation très basique mais implacable, déjà inscrit dans leur génome. Or, le cancer frappant de la même façon tous les animaux, ce mode est forcément ancestral. D'où leur fascinante proposition : le cancer serait en réalité la réminiscence dans les organismes modernes d'une vie très archaïque, celle des premiers organismes multicellulaires apparus sur Terre il y a 1 milliard d'années. Les animaux complexes, avec des organes et des cellules très différenciés, ont été précédés, il y a 1 milliard à 600 millions d'années, par des colonies de cellules indifférenciées semblables à des tumeurs, et dans lesquelles la coopération était rudimentaire.

Dans ces colonies, la coopération était régie par un groupe de gènes, constituant une « boîte à outils » de base. Lorsque ces organismes primitifs ont évolué en animaux plus complexes, des gènes plus sophistiqués sont apparus, permettant de réguler finement l'organisation et la communication cellulaires.
Mais les gènes primitifs n'ont pas disparu : réduits au silence par les gènes les plus modernes, ils sont toujours enfouis en nous. Et jouent même encore un rôle crucial lors des premiers stades du développement embryonnaire, où ils sont activés temporairement avant d'être mis en sourdine.

Le problème, c'est que lorsque des mutations malheureuses liées au vieillissement ou à l'environnement empêchent les gènes les plus sophistiqués de fonctionner correctement dans une cellule, celle-ci réactive alors les gènes ancestraux. Et se remet à fonctionner selon un mode ancien, semblable à celui des premières colonies de cellules organisées… et c'est ce qu'on appellerait le cancer.

Plus ces gènes de base sont réactivés, plus la régulation cellulaire régresse vers un état primitif. Les cellules cancéreuses prolifèrent alors sans savoir qu'elles le font à l'intérieur du corps puisqu'elles ne répondent plus aux signaux complexes.


Pour les deux astrobiologistes, il n'y a rien d'étonnant à ce que ces gènes du cancer, ancrés dans le monde animal depuis 600 millions d'années, soient si difficiles à combattre une fois réveillés. Cette théorie brille par sa simplicité. Même si Charley Lineweaver ne nie pas la complexité des interactions génétiques en jeu dans le cancer, il ne croit pas à leur caractère anarchique.
Si leur théorie est juste, le cancer devient un adversaire prévisible, car le nombre de gènes impliqués est fini.

De quoi faire souffler un vent d'optimisme sur la recherche, voire inventer de nouveaux médicaments, capables d'empêcher la réactivation des gènes ancestraux. Si elle ne suffit peut-être pas à expliquer toutes les perfidies du cancer, cette théorie a le mérite d'affirmer qu'il n'est pas qu'un chaos impossible à contenir. Elle donne, à la lumière de l'évolution, un véritable sens à cette redoutable maladie.

D'après Marine Corniou

SYDNEY, 5 janvier (XINHUANET)

-- Un groupe de chercheurs travaillant en Australie a annoncé avoir réussi à faire pousser une nouvelle poitrine sur des souris grâce à la découverte de la cellule souche des tissus mammaires, ouvrir ainsi la voie à de nouveaux traitements pour le cancer du sein.

Les travaux de ces chercheurs de l'Institut Walter et Eliza Hall de Melbourne (sud) ont été publiés jeudi dans le journal " Nature".

D'après eux, c'est la première fois qu'un organe complexe, autre que de la peau, a été reconstitué à partir d'une seule cellule souche et ces travaux pourraient servir pour isoler les cellules souches d'autres organes humains.

Avec cette découverte, on pourrait mieux comprendre le développement des tissus mammaires et trouver des traitements, ont-ils affirmé.

Les chercheurs du groupe ont avoué toutefois qu'il faudrait entre 10 et 20 ans au moins pour mettre au point un médicament contre le cancer du sein.