Des métalloprotéines comme interrupteurs de l’expression des gènes

25.01.2024, par Anaïs Soubeyran


Dans l’ensemble du monde vivant, des ions métalliques confèrent aux protéines des fonctions spéciales. Des chercheurs en biologie structurale sont parvenus à élucider le rôle d’interrupteur génétique de centres métalliques fer-soufre dans des protéines bactériennes.

Pour un micro-organisme tel qu’une bactérie, pouvoir réagir pour s’adapter rapidement aux perturbations de son environnement, est un processus absolument nécessaire à sa survie. Pour ce faire, elle dispose de protéines régulatrices, appelées « facteurs de transcription », qui peuvent intervenir au niveau de la lecture de l’ADN, afin de bloquer ou favoriser la synthèse d’autres protéines dont la fonction permet l’adaptation aux changements.
Pour assurer leur rôle, certaines protéines font intervenir un centre métallique, on parle alors de métalloprotéines. Le projet de recherche MANGO-ICING[1], porté par des chercheurs de l’Institut de biologie structurale (IBS), vise à élucider le rôle de plusieurs facteurs de transcription bactériens portant un assemblage d’atomes de fer et de soufre, appelé centre fer-soufre (Fe-S). Chez de multiples espèces bactériennes, ces centres sont impliqués dans la réponse à des perturbations environnementales diverses.

Des facteurs de transcription réceptifs aux signaux environnementaux
Comment des agrégats métalliques peuvent-ils capter des signaux environnementaux et jouer le rôle crucial d’interrupteur de la transcription génétique, provoquant des changements conformationnels dans la protéine régulatrice ? Pour répondre à cette question, les chercheurs de l’IBS se sont focalisés sur quatre facteurs de transcription (FT) à centre Fe-S, appartenant à une famille de protéines spécifique aux bactéries. Très proches structuralement, ces 4 FTs répondent pourtant à des signaux bien distincts, se fixant sur des séquences d’ADN particulières, afin de contrôler :
•    La concentration cellulaire en fer (par le capteur de Fe RirA) ;
•    La réponse au stress induit par le monoxyde d’azote (par le capteur de NO NsrR) ;
•    L’assemblage des centres Fe-S (par le capteur de Fe et S IscR) ;
•    L’équilibre d’oxydo-réduction de la cellule (par le capteur d’un excès d’électrons RsrR).
Quelles transformations de la structure du centre Fe-S provoquée par ces signaux peuvent expliquer de telles différences fonctionnelles pour la protéine, puis pour la bactérie ?
Piloté par Anne Volbeda, Juan Carlos Fontecilla-Camps et Eve de Rosny, le projet MANGO-ICING a pu compter sur une équipe multidisciplinaire d’une dizaine de personnes, en partenariat avec le groupe de recherche britannique de Nick Le Brun, de l’Université d’East Anglia, à Norwich. De nombreuses compétences et spécialités scientifiques ont été mobilisées : cristallographie, calculs théoriques, biochimie, ou encore spectroscopie.

Observer les métalloprotéines ou les défis de la cristallographie aux rayons X
Chaque protéine ayant une structure déterminante pour sa fonction biologique, l’équipe MANGO-ICING devait parvenir à caractériser l’agencement des atomes en trois dimensions de chacun des 4 FTs. Les étapes de production, de purification et enfin de cristallisation de ces métalloprotéines ont nécessité de délicates expérimentations dans un environnement sans oxygène, parce qu’elles y sont particulièrement sensibles. Ces conditions anaérobies ont été assurées par des « boîtes à gants » (figure 1).[2]

Figure 1: Manipulation des métalloprotéines sensibles à l’oxygène dans les « boîtes à gants » (BAG). L’équipe Métalloprotéines de l’IBS dispose d’une salle équipée de 6 BAGs, dont certaines sont équipées de robots qui simplifient considérablement le travail des cristallographes. Ce sont notamment : a, une station de pipetage, qui réalise automatiquement la préparation de nanogouttes de cristallisation dans des plaques, en utilisant des milliers de conditions avec des propriétés physico-chimiques différentes ; b, un bras robotique qui déplace les plaques de cristallisation pour les poser sous un appareil photo, afin de suivre l’apparition des cristaux au cours du temps. Souvent, dans une autre BAG, il est nécessaire de modifier, manuellement, les conditions de cristallisation pour obtenir des meilleurs cristaux. Dans la photo, on voit une des BAGs utilisées pour purifier une protéine sensible à l’O2. ©Eve de Rosny – IBS (CEA-CNRS-UGA)
Avant d’exposer la métalloprotéine à un faisceau de rayons X très puissant, un défi majeur s’impose : parvenir à la cristalliser. Eve de Rosny insiste sur le caractère empirique dans la recherche des conditions physico-chimiques de cristallisation pour chaque FT.
« Il n’y a pas de recette miracle, on teste différents sels, des agents précipitants, on modifie le pH… et de temps en temps une condition va permettre aux protéines de cristalliser, mais on ne peut pas prédire laquelle »
Des milliers de conditions ont été testées pour tenter de cristalliser les 4 FTs choisis. Iscr et RirA[3] ne se sont pas laissés cristalliser malgré plus de 3 600 conditions testées, contrairement à RsrR (figure 2A) et NsrR qui ont donné lieu à des cristaux exploitables.


Figure 2. Collection de données de diffraction d’un cristal. A) Cristaux de la forme réduite de la RsrR (taille environ 0.1 mm), obtenus en conditions d’anaérobie dans une BAG. ©Anne Volbeda – IBS (CEA-CNRS-UGA). B) Utilisation d’un faisceau très intense de rayons X (longueur d’onde fixe, réglable autour de 1 Å) généré par le synchrotron à Grenoble. ©ESRF/Jocelyn Chavit. C) Exemple d’un cliché de diffraction aux rayons X pour le cristal d’une protéine. Des milliers de clichés sont obtenus en tournant le cristal autour d’un axe perpendiculaire au faisceau de rayons X. Sur ces images, on détermine la distribution et l’intensité des tâches de diffraction qui dépendent de l’agencement des atomes dans le cristal. ©Anne Volbeda – IBS (CEA-CNRS-UGA)
Les précieux cristaux sont ensuite péchés avec des petites boucles et congelés dans la boîte à gants à -173 °C pour empêcher leur réaction avec l’oxygène ; ils peuvent alors être sortis et transportés dans l’azote liquide (-190 °C) jusqu’au synchrotron européen de Grenoble (figure 2B) à côté de l’IBS, pour être exposés aux rayons X, aussi à une très basse température d’environ -173 °C.
Il faut ensuite toute l’expertise et la patience du cristallographe, pour interpréter l’ensemble des données de diffraction obtenues grâce aux rayons X du synchrotron (figure 2C) et en déduire la structure en trois dimensions de la protéine (figure 3).
Anne Volbeda partage avec nous son enthousiasme de parvenir alors à « […] voir des choses que personne n’avait encore jamais vues. Les structures des protéines sont esthétiquement très belles. »


Figure 3. Résolution de la structure. À partir des images de diffraction, on construit un jeu de données expérimentales qui rassemble les amplitudes de toutes les ondes de rayons X diffractées par le cristal. A) Ensuite il faut de nombreux calculs pour obtenir les phases des ondes, et arriver à générer une carte de densité électronique. À partir de cette carte, le chercheur place les atomes et les liaisons qui les relient, en utilisant un écran graphique et des logiciels très performants. Dans la figure A, on voit le centre [2Fe-2S] de RsrR avec les liaisons chimiques fer-soufre en marron et jaune. Enfin, il parvient à la modélisation complète de la structure tridimensionnelle. B) Il y a plusieurs façons de représenter la structure d’une protéine – ici on voit une représentation de la surface de RsrR : les couleurs rouge et bleu montrent les surfaces avec des charges, respectivement, négatives et positives. Ensuite, il reste à résoudre la question la plus intéressante : comment fonctionne la protéine ? On parle de « relations structure-fonction ». ©Anne Volbeda – IBS (CEA-CNRS-UGA)

Élucider les liens entre la structure et la fonction du centre fer-soufre
La structure en 3D de la métalloprotéine permet aux chercheurs d’observer le centre Fe-S dans son environnement protéique. Il s’agit de comprendre comment un petit changement de structure de ce centre conduit à des changements majeurs dans le fonctionnement de la cellule.
Anne Volbeda nous explique le lien intime entre la structure et la fonction du centre fer-soufre : « C’est le centre fer-soufre qui capte le signal de l’environnement ; ensuite c’est l’interaction entre le centre et la protéine qui devient important. Le centre change sa conformation : il perd du fer, ou bien il capte ou perd un électron. Ces changements conformationnels dans l’environnement protéique, ont des conséquences pour l’affinité de la protéine pour l’ADN. »
Eve de Rosny précise qu’au sein de ces protéines, le centre Fe-S ne se trouve pas à l’endroit qui interagit avec l’ADN.
« Il y a une transmission de signal, depuis la zone de la protéine dans laquelle se trouve le centre, vers une autre zone de la protéine qui va changer de forme et conduire la protéine à ne plus reconnaître l’ADN. »
C’est donc une véritable cascade de changements structuraux dans la protéine, induite par la réaction chimique au niveau du centre Fe-S, qu’il s’agit pour les chercheurs de parvenir à retracer.
Le projet MANGO-ICING aura notamment permis de décrire structuralement le rôle d’interrupteur génétique d’un centre Fe-S, pour deux FTs.

     RsrR ou les effets en cascade provoqués par un unique électron
La résolution de la structure de la métalloprotéine bactérienne RsrR[4] (Figure 3) accompagnée par plusieurs autres analyses[5] a permis de montrer comment un simple électron pouvait moduler la capacité de fixation à l’ADN de ce FT. La capture de l’électron au centre [2Fe-2S]2+ cause l’addition d’une charge positive dans son environnent proche, provoquant ainsi un réarrangement structural qui modifie la surface de la protéine et réduit ainsi ses capacités à se fixer à l’ADN.

     NsrR ou comment contourner les défenses immunitaires de son hôte
Le projet MANGO-ICING a également permis de mieux comprendre comment le centre [4Fe-4S] au sein du FT NsrR[6], permet à une bactérie pathogénique de résister à l’une des armes immunitaires de son hôte : le monoxyde d’azote (NO). La production de ce gaz par les macrophages est un moyen de défense courant pour les organismes infectés par des bactéries. La NsrR permet à la bactérie de s’adapter et de résister à cette réponse en neutralisant le NO.
Eve de Rosny et Anne Volbeda insistent sur le caractère fondamental de leur recherche. Les applications de leurs travaux ne peuvent être imaginées que sur le plus long terme. Il s’agit pour les chercheurs d’apporter leur pierre, ou plutôt leur cristal, à la déjà vaste « encyclopédie des connaissances ».
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Ces recherches et cet article ont été financés en tout ou partie par l'Agence Nationale de la Recherche.
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[1] MANGO-ICING : Mechanisms of gene transcription regulation through iron-sulfur cluster signaling

[2] Le laboratoire de pointe de l’IBS, spécialisé dans les expérimentations en conditions sans oxygène, a été imaginé par Juan C. Fontecilla-Camps, bien avant l’émergence du projet MANGO-ICING. Il est l’une des raisons d’être de l’Institut de biologie structurale de Grenoble, créé conjointement par le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) et le CNRS en janvier 1992.
[3] En partenariat avec l’équipe britannique de Nick E. Le Brun, Anne Volbeda et Juan C. Fontecilla-Camps, sont parvenus à stabiliser le centre Fe-S de la RirA et à modéliser partiellement la structure de cette protéine. Ceci a permis à un peu mieux comprendre comment cette protéine régule les niveaux de fer intracellulaires. Gray E et al., «
Stabilisation of the RirA [4Fe-4S] cluster results in loss of iron-sensing function ». Chemical Science, 2023 August 22;14(36):9744-9758.
[4] Volbeda A. et al., « Crystal Structure of the Transcription Regulator RsrR Reveals a [2Fe-2S] Cluster Coordinated by Cys, Glu, and His Residues », Journal of the American Chemical Society, 2019 February 13;141(6):2367-2375.

[5] Crack J.C. et al., « Electron and proton transfers modulate DNA binding by the transcription regulator RsrR ». Journal of the American Chemical Society, 2020, February 20; 142:5104-5116.

[6] Rohac R. et al., « Structural determinants of DNA recognition by the NO sensor NsrR and related Rrf2-type [FeS]-transcription factors », Communications Biology, 2022 July 30;5(1):769.

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Le cerveau
Publié le 16 mars 2023
       
Organe complexe, le cerveau et son fonctionnement restent la source de nombreux mystères. Découvrez dans cette fiche "L'essentiel sur..." la composition du cerveau, son organisation, les moyens d’exploration du cerveau ou encore le processus d’apprentissage de la lecture chez l’Homme.   

                                                                                               
A QUOI SERT LE CERVEAU ?
Protégé par la boîte crânienne, le cerveau est l’organe qui fait office de chef d’orchestre pour tous les membres et organes du corps humain. Il centralise les informations et renvoie des messages aux différents membres. Il se compose de deux hémisphères reliés : l’hémisphère gauche et l’hémisphère droit, qui contrôlent chacun la partie du corps qui lui est opposée. La main droite sera donc contrôlée par une partie de l’hémisphère gauche.

DE QUOI EST COMPOSÉ LE CERVEAU ?
On distingue deux catégories de tissus dans le cerveau : la matière grise et la matière blanche.
La matière grise est faite des corps cellulaires des neurones, de leurs dendrites et d’autres cellules. Elle est responsable de notre activité sensori-motrice et de nos fonctions cognitives comme la lecture, le calcul, l’attention, la mémoire...
Les neurones sont des cellules du cerveau qui servent à transmettre les informations. Ils sont tous interconnectés et communiquent entre eux par messages électriques et chimiques au travers de milliers de petites branches appelées dendrites sur lesquelles se terminent les axones, prolongement des neurones pour transmettre l’information à distance.



Ce message  est transmis au corps cellulaire pour y être traité. L’information est émise sous la forme d’un message électrique le long de l’axone, une partie de la cellule qui fait office de route pour l’information. L’axone se ramifie ensuite pour distribuer le message aux autres neurones. Puisque les neurones ne se touchent pas, le message électrique est transformé en message chimique pour être capté par les dendrites de l’autre neurone.
La matière blanche est, quant à elle, constituée de ces axones, enveloppés d’un manchon graisseux de myéline, reliant les différentes régions de matière grise afin qu’elles échangent leur information.


QUELLE EST L’ANATOMIE DU CERVEAU ?
Chacun des hémisphères du cerveau est divisé en cinq régions (quatre extérieures et une enfouie : le cortex insulaire ou Insula). Ces lobes sont composés de zones plus petites qui gèrent des fonctions précises. Elles sont appelées aires cérébrales. On en dénombre aujourd’hui près de  200 par hémisphère.
Dans ces zones, les neurones sont spécialisés dans une fonction précise comme transmettre un message visuel, sonore, sensitif. Les zones des différents lobes coopèrent pour réaliser les tâches complexes. Par exemple, le langage fait intervenir plusieurs zones de différents lobes pour nous permettre de parler ou lire.
*         Le lobe frontal est le siège de la parole, du langage et du raisonnement. Il a également la fonction de gérer les mouvements des membres.
*         Le lobe pariétal est la partie qui va s’occuper du repérage dans l’espace, des sens et de la lecture
*         Le lobe occipital est dédié à la vision
*         Le lobe temporal est la zone où se situent le langage, la mémoire et l’émotivité.
*         Le cortex insulaire ou Insula est spécialisé dans la perception de soi/sa conscience, dans la socialisation et impacte également les émotions.


Les régions associées à certaines fonctions sont localisées à des endroits variant légèrement d’un individu à l’autre. Par ailleurs, la spécialisation hémisphérique de certaines fonctions comme le langage varie : elle est majoritairement située dans l’hémisphère gauche chez les droitiers mais peut se situer dans l’hémisphère droit, comme chez la plupart des gauchers.
Ces différentes régions du cerveau sont connectées pour combiner les messages. C’est cette coopération des zones qui permet, par exemple, la reconnaissance de visages ou de lieux.

COMMENT LE CERVEAU PERMET-IL D’APPRENDRE À LIRE ?
Les zones du cerveau s’adaptent et interagissent ensemble en fonction des besoins et des tâches réalisées. Lorsque l’on apprend à lire, une zone du cerveau, située entre les lobes occipital et pariétal, va se spécialiser dans la reconnaissance et la mémorisation des lettres et des mots.
Dans l’apprentissage de la lecture, l’aire auditive du lobe temporal est également nécessaire pour faire correspondre ce qui est écrit à un son déjà appris. Dans la lecture, les neurones de l’aire visuelle vont se connecter à ceux de l’aire auditive. Cette connexion permet de déchiffrer le mot et de l’entendre dans sa tête.
A ce stade, le mot est entendu mais pas encore compris. Il faut donner du sens à ce message sonore. Pour cela l’aire auditive est connectée à l’aire de Wernicke, la partie du cerveau qui comme un dictionnaire, donne le sens des mots entendus.
Si l’assemblage de phonèmes (briques sonores qui constituent les mots) ne correspond pas à un mot connu, le cerveau va mémoriser à la fois le sens, le son du mot et son écriture.


COMMENT EXPLORE-T-ON LE CERVEAU ?
Arriver à observer le cerveau ne va pas de soi car il est abrité par la boîte crânienne. L’observer est essentiel pour comprendre son fonctionnement, l’apparition et le développement des maladies. La méthode d’imagerie la plus ancienne, la radiographie (rayons X) est peu informative pour étudier le cerveau car les rayons X sont en grande partie absorbés par l’os de la boîte crânienne. Le scanner à rayons  X, grâce à des capteurs très sensibles et un couplage informatique, permet de voir le cerveau et est utilisé en routine en médecine.


Outre le scanner X  le cerveau est exploré à l’aide de 3 autres grandes familles d’imagerie, qui font appel à des principes physiques différents : l’activité électrique et magnétique du cerveau, la radioactivité ou la résonance magnétique de certains noyaux atomiques.

L’électroencéphalographie (EEG)
L'électroencéphalographie mesure des signaux électriques produits par l’activité des neurones. Elle est très utilisée pour localiser les foyers épileptogènes (endroit où se situe la source d’une crise d’épilepsie) ou pour rechercher une signature spécifique de l’état de conscience des patients en situation de coma.
Cet outil est parfois associé à la magnéto encéphalographie (MEG) qui est un outil de mesure de l’activité magnétique  du cerveau  associée aux courants produits par les neurones. L'atout de l’EEG et de la MEG est leur résolution temporelle, de l’ordre de la milliseconde. La MEG qui n’est pas perturbée par l’os et le scalp (cuir chevelu) génère des signaux plus propres.

L’imagerie nucléaire : la tomographie par émission de positons (TEP) ou de photons
La tomographie par émission de positons (TEP) ou tomographie par émission de photons sont des méthodes qui s’appuient sur des principes de la physique nucléaire pour étudier ce qui se passe dans le corps humain. Ces techniques offrent une analyse quantitative des réactions biochimiques du corps, comme par exemple la neurotransmission (transmission des informations entre les neurones). Pour cela, les médecins injectent au patient des molécules (appelées « traceurs ») combinées avec des éléments faiblement radioactifs qui ciblent les régions du corps où ont lieu les processus biochimiques à analyser. Pour ces examens, les atomes radioactifs utilisés ont une demi-vie relativement courte (6 h pour le technétium 99m, l’isotope le plus utilisé, 13 h pour l’iode 123) et leur radioactivité a disparu au bout de quelques jours (10 demi-vies).

L’imagerie par résonance magnétique (IRM)

L’IRM repose sur les propriétés magnétiques des atomes d’hydrogène des molécules d’eau qui composent à plus de 80 % le corps humain. L’atome d’hydrogène possède un "moment magnétique", ou spin, qui agit comme un aimant.
L’appareil IRM consiste à créer un champ magnétique puissant grâce à une bobine. Le patient est placé au centre de ce champ magnétique, et toutes les molécules d’eau présentes dans le corps vont s’orienter selon la direction du champ magnétique. Une antenne placée sur la partie du corps étudiée va permettre d’émettre et de réceptionner une onde radiofréquence spécifique des atomes d’hydrogène.
A l’émission, la fréquence induite va faire basculer l’aimantation des noyaux des molécules dans un plan perpendiculaire aux champs magnétiques de l’IRM. Lorsque l’antenne arrête d’émettre, l’aimantation revient à la position d’origine en émettant à leur tour une fréquence captée par l’antenne. Celle-ci est ensuite traitée comme un signal électrique et analysée par des logiciels. Le signal diffère selon que les tissus observés contiennent plus ou moins d’eau.

QUELS SONT LES ENJEUX DE LA RECHERCHE SUR LE CERVEAU ?
Les deux principaux enjeux de la recherche sur le cerveau sont :
*         l’acquisition de nouvelles connaissances fondamentales sur le fonctionnement de l’organe (au niveau microscopique et macroscopique)
*         la compréhension des maladies ou troubles qui l’affectent.
Pour cela il faut rechercher de nouveaux signaux de l’activité neuronale, mettre au point de meilleurs outils d’imagerie médicale et concevoir de nouveaux traceurs.

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Des pansements pour régénérer les articulations

14 MAI 2019 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE) | TECHNOLOGIE POUR LA SANTE
 

Cartilage articulaire © Inserm/Chappard, Daniel

Des chercheurs de l’Inserm et de l’Université de Strasbourg au sein de l’Unité 1260  » Nanomédecine régénérative » ont mis au point un implant qui, appliqué comme un pansement, permet de régénérer les cartilages en cas de lésions importantes des articulations ou d’arthrose débutante. Les détails de cette innovation validée en phase préclinique sont publiés ce jour dans Nature communication.

L’allongement de l’espérance de vie et l’augmentation des traumatismes accidentels nécessitent une augmentation des interventions chirurgicales visant à remplacer une articulation défectueuse. Parmi les pathologies chroniques, l’arthrose, décrite comme une destruction du cartilage touchant toutes les structures de l’articulation, dont l’os et le tissu synovial, qui tapisse l’intérieur des articulations représente un réel problème de santé publique. Selon le diagnostic médical, plusieurs options thérapeutiques sont possibles allant de la microgreffe à la pose d’une prothèse. Néanmoins, ces interventions sont toutes invasives et/ou douloureuses pour le patient, avec une efficacité limitée et des effets secondaires.

Aujourd’hui, en dehors de la pose de prothèses, on se contente en réalité de réparer provisoirement le cartilage des articulations et d’alléger les douleurs.  Les traitements consistent surtout à injecter des anti-inflammatoires ainsi que de l’acide hyaluronique pour améliorer la viscosité de l’articulation. Des cellules souches peuvent être aussi utilisées, notamment parce qu’elles sécrètent des molécules capables de contrôler l’inflammation.

Dans ce contexte et afin de régénérer ce tissu conjonctif, souple et souvent élastique qui recouvre nos articulations et permet aux os de bouger et de glisser l’un par rapport à l’autre, une équipe de recherche associant l’Inserm et l’université de Strasbourg vient de mettre au point un pansement pour le cartilage – inspiré des pansements de nouvelle génération qui forment comme une seconde peau sur les plaies cutanées. Avec les pansements développés par la chercheuse et son équipe, la réponse thérapeutique passe un nouveau cap. On n’est plus seulement dans la réparation, on parle réellement de régénération du cartilage articulaire.

L’équipe de chercheurs de l’Inserm et de l’Université de Strasbourg 1260 sous la direction de Madame Benkirane-Jessel a en effet mis au point une technique innovante d’implant ostéoarticulaire, capable de reconstituer une articulation endommagée et dont l’application peut être comparée à celle des pansements. « L’implant que nous avons développé se destine à deux cas en particulier, d’une part les grandes lésions du cartilage et d’autre part les arthroses débutantes. » explique la chercheuse.

Dans le détail, ces pansements articulaires  sont composés de deux couches successives. La première, qui fait office de support (pansements classiques), est une membrane composée de nanofibres de polymères et dotée de petites vésicules contenant des facteurs de croissance en quantités similaires à celles que nos cellules sécrètent elles même. La seconde est une couche d’hydrogel chargée d’acide hyaluronique et de cellules souches provenant de la moelle osseuse du patient lui-même, ce sont ces cellules qui, en se différenciant en chondrocytes (cellules qui forment le cartilage) vont régénérer le cartilage de l’articulation.

Les scientifiques entrevoient un avenir prometteur pour leur « pansement à cartilage » : en plus de l’articulation du genou et de l’épaule, celui-ci pourrait aussi être utilisé pour l’articulation temporo-mandibulaire, liée à la mâchoire. Assez handicapante, celle-ci peut conduire à des douleurs, des bruits articulaires mais surtout à une baisse de l’amplitude de l’ouverture de la bouche. L’équipe de chercheurs a d’ores et déjà mené des essais concernant des lésions cartilagineuses chez le petit animal, la souris et le rat, ainsi que chez le grand animal, la brebis et la chèvre, des modèles très adaptés à l’étude comparée des cartilages avec l’homme. L’objectif est de lancer un essai chez l’homme avec une petite cohorte de 15 patients.

Ce projet a été soutenu par la Satt conectus, L’ANR et la grande région Est.

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Les anticorps IgA jouent un rôle dans le contrôle de Candida albicans

19 JUIN 2023 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE) | IMMUNOLOGIE, INFLAMMATION, INFECTIOLOGIE ET MICROBIOLOGIE

L’équipe du Centre d’Immunologie et des Maladies Infectieuses de l’Hôpital Pitié-Salpêtrière AP-HP, de l’Inserm et de Sorbonne Université, coordonnée par le Pr Guy Gorochov, a étudié le rôle des immunoglobulines A (IgA) dans l’équilibre du mycobiote intestinal et comment ces anticorps participent à la préservation de l’homéostasie de la barrière intestinale vis-à-vis du champignon Candida albicans. Les résultats de ces travaux ont fait l’objet le 9 mai 2023 d’une publication ainsi que d’un éditorial dans la revue Journal of Allergy and Clinical Immunology (JACI).

Le corps humain abrite des bactéries et des virus, mais également une collection de champignons, appelée mycobiote. Ce dernier colonise différents sites de notre organisme, notamment l’intestin.

Candida albicans est un champignon naturellement présent au niveau des muqueuses buccales, vaginales et digestives des humains, largement répandu dans la population mais responsable d’infections opportunistes mortelles chez les patients immunodéprimés. Sa pathogénicité est notamment liée à sa capacité de conversion d’un stade de levure ronde inoffensive vers une forme filamenteuse capable d’envahir les cellules épithéliales de la muqueuse intestinale, entraînant une infection généralisée.

Les immunoglobulines A (IgA) sont les anticorps les plus abondamment sécrétés par l’organisme. Les IgA sécrétoires1 interagissant avec les bactéries commensales2 et jouent un rôle central dans la préservation de la diversité de notre flore bactérienne en évitant la surcroissance de pathogènes envahissants. L’équipe a postulé que l’IgA pourrait également préserver la diversité du mycobiote selon des mécanismes qui restaient à définir. L’impact de cet anticorps sur l’écologie du mycobiote humain reste en effet peu étudié. Il n’était notamment pas connu si le déficit en IgA, qui touche 1 personne sur 500 en France, est associé à une dysbiose fongique intestinale3.

Pour mieux comprendre ce phénomène, l’équipe de recherche a analysé plusieurs échantillons biologiques appartenant à des sujets sains et à des patients présentant un déficit en IgA. Des anticorps IgA interagissant avec de très divers représentants du mycobiote ont été retrouvés dans le sérum de 31 sujets sains, mais également dans leurs sécrétions digestives et dans le lait maternel (n=20). En comparant ensuite des échantillons fécaux de 28 sujets sains et 12 patients atteints de déficit en IgA, l’équipe de recherche a montré que la présence de  l’IgA est associée à une préservation de la diversité du mycobiote intestinal. A l’inverse, C. albicans est plus représentée dans le mycobiote intestinal des patients qui présentent un déficit en IgA. Par ailleurs, des expériences in vitro suggèrent que la présence de cette immunoglobuline diminue le risque de translocation fongique à travers les cellules épithéliales de l’intestin.

L’équipe a ensuite cherché à déterminer pourquoi les sujets qui présentent un déficit en IgA ne souffrent habituellement pas d’infections fongiques sévères. L’étude a ainsi montré que l’absence d’IgA peut être partiellement compensée par d’autres acteurs comme les anticorps IgM et les lymphocytes Th17.
Cette redondance immunitaire a toutefois des limites puisque les formes symptomatiques de déficit en IgA, associés par exemple à des troubles digestifs, des infections ou des manifestations auto immunes sont également associées à une surreprésentation de C. albicans au niveau digestif.

En conclusion, l’IgA joue un rôle particulier pour la préservation de l’homéostasie du mycobiote intestinal, et plus précisément dans le contrôle de C. albicans. Ce résultat souligne l’intérêt de persister vers la mise en place de stratégies de supplémentation orale par IgA chez les patients déficitaires pour escompter un effet régulateur, non seulement sur les bactéries et les virus, mais également sur les champignons.

 

[1] anticorps produites par les plasmocytes du tissu conjonctif des muqueuses et les plasmocytes entourant les canaux excréteurs des glandes exocrines

[2] qui vivent sur la peau ou les muqueuses

[3] déséquilibre de la flore fongique intestinale

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