Comment la cellule « sait-elle » quelle partie de la membrane recycler?

Un papier publié cette semaine dans Nature me semble particulièrement interessant. Lors de l’endocytose, une partie de la membrane se détache et forme une vésicule qui forme ensuite un endosome. Si vous avez fait l’exercice sur le mécanisme de l’endocytose du fer, vous avez pu démontrer que cette vésicule fusionnait ensuite avec d’autres et notamment avec le lysosome. Il y a ensuite un recyclage des récepteurs, ceux-ci retournant à la membrane. Cependant, cette endocytose permet aussi de dégrader les protéines défectueuses ou ne devant plus être exprimées à la surface de la membrane plasmique. Ainsi, se pose la question suivante : au sein d’un endosome, certaines parties de membrane retournent à la membrane plasmique alors que d’autres parties sont détruites (détruisant les lipides défectueux et les protéines à détruire) : comment cette identification des parties, cette route est-elle spécifiée?

Kettel

Le papier de Kettel démontre que ce sont les lipides de la famille des phosphoinositols qui permettant ce routage.
Les membranes des endosomes contiennent du PiP3 (en bleu sur le schéma). Au cours de la maturation de ces endosomes, ces derniers sont triés en fonction du sort des protéines qu’ils continnent. Dans les porptions de membranes qui contiennent des récepteurs à dégrader (récepteur EGFR sur le schéma) le PiP3 est converti en un autre lipides, le Pi(3,5)P2 (la membrane est en jaune sur le schéma) ce qui conduit à la dégradation de cette partie de membrane puisqu’on voit qu’elle se trouve alors dans l’endosome qui va donc réaliser sa digestion. Les régions qui sont destinés à etre remises en place au niveau de la membrane comme ceux présentant les récepteurs cargo permettant l’endocytose du fer voit leur PiP3 membranaires modifiés par l’action successive de 2 enzymes : MTM1 enlève un phosphate du PiP3 puis PI4K2A ajoute un phosphate en position 4 formant ainsi du Pi4P (la membrane est représentée en rouge sur le schéma : ceci permet la spécification d’un routage vers la membrane plasmique.
Là où ce point est particulièrement interessant, c’est qu’une maladie génétique de type myopathie est causé par la mutation de MTM1 ce qui entraine au niveau du muscle un mauvais recyclage de certaines protéines membranaires, notamment de celles qui sont impliquées dans la cascade chargées de convertir le potentiel de récepteur en effet biolgique.

Corrélations entre anomalies magnétiques, delta 18O et subduction

Le champ magnétique de la Terre s’inverse périodiquement et ces inversions peuvent être enregistrées dans les roches de la croute océanique (basalte, gabbro, serpentine). Ces inversions ont notamment permis l’élaboration de la tectonique des plaques grâce aux interprétations de Vine et Matthews. Ces inversions du champ magnétique sont à mettre, selon de nombreuses études, en lien avec la variation du flux thermique au niveau de la limite noyau manteau (CMB = Core Mantle Boundary), c’est à dire de la quantité de chaleur qui sort du noyau. Cette variation de chaleur sortante aurait une influence sur la convection dans le noyau externe et donc sur le champ magnétique.
Chen (http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2015.09.033) et ses collaborateurs se sont intéressés aux corrélations qui peuvent exister entre ces variations du champ magnétique et le climat étudié par l’intermédiaire du delta 18 O au cours du Cénozoïque.
Chen - EPSL - 2015 - The 13 million year Cenozoic pulse of the Earth_1Pour ceci, ils ont d’abord travaillé sur la courbe du delta 18 O au cours du Cénozoïque mesuré sur les foraminifères (pour un point sur le delta 18 O voir cet article que j’avais écrit) et ont soustrait à l’allure générale (courbe bleue) un modèle représentant la variation lissée (courbe rouge) afin de ne laisser apparaître que les variations de second ordre (courbe verte). Ces variations de second ordre rendent bien compte des événements climatiques ayant eu lieu durant cette période (MMCO –  mid Miocene climatic optimum, LOW – late Oligocene warming, EOT – Eocene–Oligocene transition, EECO – early Eocene climatic optimum, KT – K–T mass extinction, EAIS – east Antarctic ice sheet, AIS – Antarctic ice sheet). Ils trouvent alors qu’il existe une périodicité de 13Ma dans ces événements. Ecrit par Tristan FERROIR
Ces variations leur ont fait penser aux variations qui ont pu exister aussi sur les inversions du champ magnétique dont la périodicité est voisine.
En effet, sur la courbe ci-après, sont reportées en vert plein les variations du delta 18 O, en rouge la fréquence des inversions magnétiques.Les chercheurs constatent une bonne corrélation mais un décalage entre les deux de 3 millions d’années qu’ils ne peuvent pas encore expliquer.

Chen - EPSL - 2015 - The 13 million year Cenozoic pulse of the Earth_2
Cependant, ils poursuivent tout de même leur réflexion en essayant de faire un lien avec la tectonique des plaques et plus particulièrement la subduction. On sait en effet que c’est elle le moteur essentiel du déplacement des plaques lithosphériques. Les inversions du champ magnétique, nous l’avons rappelé plus haut,  sont liées au régime thermique du noyau et les chercheurs se sont intéressés à une éventuelle corrélation avec la subduction. La courbe présentée ci-dessus montre en noir le taux de subduction qui semble bien corréler avec les deux courbes du dessous. Les chercheurs avancent alors l’explication suivante : s’il y a beaucoup de subduction, alors de nombreuses plaques arriveront à la base du manteau perturbant ainsi la couche D » en en diminuant localement l’épaisseur (la lithosphère va pousser la couche D »). Par conséquent, si la couche D » est moins épaisse, davantage de chaleur sortira du noyau et cela peut donc être lié à une inversion du champ magnétique. Cette chaleur plus importante sera donc à l’origine de davantage de point chaud et donc en surface de volcanisme, de relargage de CO2 dans l’atmosphère et donc d’un réchauffement climatique (à l’échelle considérée) comme le montre la diminution du delta 18 O de la courbe (attention, l’échelle en vert est croissante vers le bas!).

En conclusion, sur les longues périodes de temps, il semble qu’il existe un forçage du climat en lien avec la dynamique du noyau.

Les 8 grands thèmes pour la session du CAPES externe 2016

Voici les 8 grands thèmes pour la session 2016 du CAPES externe et du CAFEP. Il y a eu 2 renouvellements sur les 8 :

  • Interactions cellulaires et communication dans l’organisme
  • La respiration chez les animaux
  • Structure et fonctionnement d’un écosystème : l’écosystème forestier
  • L’organisation interne de la Terre
  • Circulations océaniques et atmosphériques
  • Les bassins sédimentaires dans leur contexte tectonique et paléo climatique
  • Classification phylogénétique du vivant
  • Homme et biodiversité

Zones d’insertion privilégiées du VIH au sein du genome

Le HIV est un rétrovirus qui, après rétrotranscription de son ADN est intégré au genome grâce au complexe de péintégration (PIC). L’une des questions que se posent les chercheurs est de savoir si l’intégration du virus est aléatoire au sein du genome ou bien si certaines parties sont préférentiellement ciblées.

marini
Dans un article publié cette semaine dans Nature, Marini et ses collègues fournissent une première réponse à cette question. Tout d’abord, il semble évident que les zones d’intégration ciblées sont des zones actives de transcription donc forcément de type euchromatine. Marini montre en effet que ce type de zone est privlégiée et que les zones de types hétérochromatine associées aux lamines nucléaires sont fortement défavorisées. De plus, elle montre que les zones de transcription active situées vers le centre du noyau sont aussi défavorisée. Par ses diverses expériences, elle arrive à montrer que le HIV est reconnue par l’une des protéines des pores nucléaires (Nup153) et que cette protéine permet l’entrée de l’ADN viral dans le noyau. Ensuite, une autre protéine du noyau (LEDGF/p75), qui est un cofacteur de transcription intéragit avec l’intégrase (IN) du HIV et facilite son intégration au niveau d’une zone de transcription active. Ces zones de transcription active sont située à proximité des pores nucléaires : l’architecture de l’intérieur du noyau est donc fondamentale (vous en discuterez avec ceux qui ont fait le sujet ENS…)
Ainsi, le HIV est intégré au niveau d’une zone de transcription active. Sachant que l’intéraction entre la protéine LEDGF/p75 et l’intégrase virale est très importante pour l’intégration du genome viral, les molécules empêchant cette intégration peuvent être des médicaments de choix pour traiter le SIDA.

Zones de mutation privilégiées au cours de la réplication de l’ADN

Chez les Eucaryotes, la réplication est semi-conservative et se réalise par la présence d’un brin direct et d’un brin retardé avec des fragments d’Okazaki. Par contre, il existe des similitudes et quelques différences entre réplication chez les Procaryotes et chez les Eucaryotes. Dans les deux cas, il y a intervention d’une primase (appelée ADN Polymerase alpha chez les Eucaryotes) mais après l’ajout de quelques ribonucléotides, cette primase polymérise un peu d’ADN. Par contre, chez les Eucaryotes, l’ADN polymerase qui synthétise le brin direct  et le brin retardé sont différentes (polymérase epsilon sur le brin direct, polymérase delta sur le brin retardé). De plus, chez les Eucaryotes il y a plusieurs Ori sur les chromosomes alors qu’il n’y en a qu’un seul chez les Procaryotes.

rijns
L’équipe menée par Rijns montre qu’il y a plus souvent des mutations au niveau de l’extrémité 5′ des fragments d’Okazaki. Ils ont donc supposé que ceci venait de la primase qui est plus sujette à des erreurs puisqu’elle n’a pas d’activité auto-correctrice. Ils ont alors testé cette hypothèse en utilisant des levures mutantes pour la RNAse H ce qui fait que les amorces d’ARN ne sont pas remplacées. Ils ont ensuite récupéré ces ARN et les ADN accrochés uniquement par l’activité de la polymérase alpha afin de savoir s’ils étaient effectivement complémentaires de la séquence d’ADN ou bien s’il y avait eu des erreurs de réplication. Ils ont constaté un fort taux de mutations et ont donc confirmé leur hypothèse.
Enfin, ils ont mesuré le pourcentage du genome synthétisé par la primase et ont trouvé 1,5% soit 1,5% du genome qui est sujet à un taux de mutation bien plus élevé. Enfin, il leur fallait expliquer le fait que ces mutations soient faiblement réparé. Ils l’expliquent par le fait que les nucléosome se réassocie rapidement après la réplication et donc que les enzymes réparatrices de l’ADN ne peuvent pas passer à ces endroits là.
En résumé : la polymérase alpha des Eucaryotes commet des erreurs de réplication élevée contraint aux amorces des fragments d’Okazaki qui ne sont que faiblement réparé du fait de la réassociation rapide des nucléosomes. Ceci est donc un facteur de mutation et donc d’évolution des génomes.