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Article
Nouveaux arguments en faveur de l'ontophylogenèse (Suite).
L'évolution combinatoire. Le rôle du prion dans l'expression aléatoire des gènes
Jean-Paul Baquiast 29/02/2012

Des protéines spécifiques, nommées prions 1), ont depuis 1980 été identifiées comme pouvant comporter des formes anormales responsables d'affections dégénérescentes mortelles telles que l'encéphalopathie spongiforme bovine, dite de la vache folle, ou une forme humaine voisine, la maladie de Creutzfeldt-Jakob.2) Les prions sont des protéines normales, produites au niveau de la cellule, qui sont responsable de l'adhésion cellulaire. 3) Certaines formes anormales sont jugées responsables de ces maladies. La raison de leur apparition n'est pas encore totalement élucidée.

Ceci fait qu'une réputation inquiétante est désormais attachée aux prions, alors qu'il s'agit de protéines de plus en plus considérées comme indispensables à l'adaptation de la cellule, et avec celle-ci, de l'organisme, aux variations de l'environnement. De quelles façons interviennent-elles? Des études conduites par Susan Lindquist au Whitehead Institute for Biomedical Research Center de Cambridge, Mass, proposent des hypothèses à cet égard 4).

L'enjeu est important. Il s'agit de mieux comprendre comment se manifeste ce que Jean-Jacques Kupiec a nommé l'expression stochastique des gènes, qui est à la base de sa théorie de l'ontophylogenèse. Selon cette théorie, divers mécanismes, en cours d'élucidation, interviennent pour permettre à des cellules disposant d'un génome commun (génotype) de produire des descendants (phénotypes) dotés de caractères différents (5). La pression sélective exercée par le milieu permet de conserver les caractères les plus favorables à l'adaptation de la cellule. Ceux-ci sont généralement transmis aux descendants, sans que le génotype des lignées considérées soit modifié.

L'ontophylogenèse explique ainsi la variabilité et l'adaptativité rapide des organismes vivants, peu compréhensibles dans le cadre du processus darwinien de la mutation aléatoire/sélections jusqu'ici présenté par les généticiens comme le facteur essentiel de l'évolution. Si des protéines-prions jouaient un rôle dans l'expression différentiée des gènes, en favorisant la production par ceux ci des protéines les plus favorables à la survie en fonction des changements du milieu, il s'agirait d'un domaine nouveau important à explorer. Susan Lindquist propose de nommer ce mécanisme « évolution combinatoire » (combinatorial evolution)

La levure de bière

Selon l'équipe américaine, qui s'est intéressée à l'adaptation d'une certaine levure, levure de bière ou de boulanger (Saccharomyces cerevisiae, image en tête d'article) à des milieux hostiles, une protéine particulière, baptisée Sup35, contrôle , au niveau du ribosome cellulaire, la lecture d'une section de l'ADN de façon à ne permettre que la production des protéines nécessaires à la vie de la cellule. Il arrive cependant, au moins dans le cas de levures élevées en laboratoire, que Sup35 intervienne de façon déréglée, en laissant le ribosome lire l'ensemble de la section d'ADN en cause, et produire un nombre élevé de nouvelles protéines. On dit alors que Sup35 est devenu un prion.

On pourrait s'attendre à ce que ce grand nombre de protéines produise des résultats catastrophiques pour la cellule. On devrait alors parler d'un prion pathogène. Mais la variété des nouvelles protéines ainsi produites ouvre le champ des solutions possibles. Les chercheurs ont constaté en effet que parmi ces nouvelles protéines se trouvent quelques-unes favorables à la survie, par exemple dans un milieu anormalement acide. Ainsi les levures dotées de tels prions survivent grâce semble-t-il à certaines des protéines dont ceux-ci ont favorisé l'apparition. Elles réussissent même à les transmettre à leurs descendantes. L'expérience répétée en milieu naturel vient de donner les mêmes résultats.

La question dorénavant posée concerne la généralité du phénomène. N'intéresse-t-il que les levures et parmi celles-ci que certains types de protéines mutantes ou prions? Se retrouve-t-il dans d'autres organismes? Ceci en ce dernier cas ferait donc bien des prions des facteurs essentiels de l'ontophylogenèse. D'où, plus encore qu'aujourd'hui, l'urgence de comprendre pourquoi et comment certains prions induisent, non des adaptations favorables, mais des troubles fonctionnels, peut-être même des cancers?


Notes
1) http://fr.wikipedia.org/wiki/Prion_%28prot%C3%A9ine%29 . Nous citons:
Un prion est un type d’agent pathogène de nature protéique (constitué d’une protéine ayant adopté une conformation ou un repliement anormal) qui au contraire des agents infectieux conventionnels tels que les virus, les bactéries ou encore les parasites, est exempt d’acide nucléique (ADN et ARN) comme support de l’information infectieuse. Ce terme fut introduit pour la première fois en 1982 par Stanley Prusiner et correspond à l’acronyme de PRoteinaceous Infectious ONly particle (particule protéique infectieuse).

2) http://fr.wikipedia.org/wiki/Enc%C3%A9phalopathie_spongiforme_bovine Nous citons:
La nature réelle de l'agent infectieux fait débat. La théorie maintenant largement admise par la communauté scientifique est celle du prion, une protéine qui, dans le cas de la maladie, adopte une conformation anormale pouvant se transmettre à d'autres protéines prions saines. Une théorie alternative est l'agent viral, qui expliquerait plus facilement la capacité de l’agent à générer de multiples souches. Le prion (PRoteinasceous Infectious ONly) est une sialoglycoprotéine de 253 acides aminés.

Les sialoglycoprotéines interviennent dans l’adhésion cellulaire. C'est une forme dite résistante de cette protéine qui est responsable de la maladie. Cette forme diffère de la forme normale uniquement par sa conformation, qui la rend particulièrement hydrophobe, ce qui explique la formation des agrégats résistants aux protéases et l’accumulation de la protéine infectieuse dans la cellule. La protéine modifiée pénètre dans la cellule par endocytose ou par le biais du récepteur spécifique du prion normal, la protéine LRP (Laminin Receptor Protein), qui semble intervenir dans le processus puisque sa concentration augmente avec la contamination.

Une fois la protéine anormale entrée dans la cellule, elle transforme les prions normaux en prions résistants. Les protéases n'étant plus capables de les détruire, ces protéines s'accumulent pour finir par provoquer la mort du neurone, et ainsi la formation de plaques amyloïdes. Comme le prion est une protéine, il n'a pas de métabolisme propre et il est donc résistant à la congélation, à la dessiccation et à la chaleur aux températures normales de cuisson, même celles atteintes pour la pasteurisation et la stérilisation. En effet, le prion doit pour être détruit être chauffé à une température de 133 °C pendant 20 minutes à 3 bars de pression5.

3) http://fr.wikipedia.org/wiki/Adh%C3%A9sion_cellulaire Nous citons: L'adhésion cellulaire est une fonction indispensable à la formation, au maintien et au fonctionnement des tissus. Elle permet le contact des cellules entre elles (interactions cellule-cellule) et des cellules avec les protéines de la matrice extracellulaire (MEC) (interactions cellule-MEC). Ces interactions génèrent tout un ensemble de signaux essentiels à de multiples fonctions cellulaires comme la migration, la prolifération, la différenciation, et la mort programmée des cellules (apoptose).

4)Nature http://www.nature.com/nature/journal/v482/n7385/full/nature10875.html (sur souscription )

5) Nous avons évoqué dans un article précédent la méthylation http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2012/125/bison.htm

 

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