Littérature scientifique sur le sujet « Dynamique des gènes proneuraux »

RÉSUMÉ Ce texte présente une revue des études de démographie génétique réalisées au Québec dans un contexte médical — c'est-à-dire consacrées à des populations d'individus atteints de pathologies transmises héréditairement — et spécialement des travaux comportant une analyse des généalogies ascendantes de ces individus. L'objectif général de ces études est de comprendre et d'expliquer la dynamique démographique qui sous-tend l'origine et la diffusion des gènes responsables des maladies héréditaires dans la population canadienne-française du Québec. Leurs conclusions concernent principalement la présence ou l'absence d'un effet fondateur, l'existence d'une consanguinité de type rapproché ou éloigné et l'origine possible des gènes délétères chez les fondateurs de la population. Ces facteurs sont mis en relation avec les caractéristiques du peuplement du Québec et de certaines de ses régions.

Les insectes forment le groupe d’animaux qui présente la plus grande diversité. Des travaux récents de métagénomique montrent qu’ils peuvent être infectés par une diversité extraordinaire de virus. Parmi eux, les arbovirus (arthropod-borne viruses) peuvent être transmis à l’Homme par les insectes hématophages, notamment les moustiques. Le séquençage à haut débit des petits ARN des insectes fournit des informations sur leur virome, un paramètre qui pourrait contribuer à expliquer la dynamique de la transmission des maladies infectieuses par des insectes vecteurs. D’autre part, la caractérisation des mécanismes qui restreignent les infections virales chez les insectes révèle des innovations génétiques qui pourraient à terme inspirer de nouvelles stratégies antivirales.

La glande mammaire est l’organe dans lequel est synthétisé et sécrété le lait. Ces processus mettent en jeu des mécanismes moléculaires dont la régulation reste incomplètement élucidée. Aussi, de nombreuses recherches ont pour objectif d’identifier les leviers permettant de moduler la composition du lait, afin de répondre à la demande de la filière et des consommateurs, et de préciser leurs mécanismes d’action pour en permettre une régulation aussi fine que possible. L’objectif de cet article est de présenter les derniers travaux relatifs à la caractérisation de facteurs génétiques et nutritionnels puis d’exposer quelques données mettant en lumière les conséquences de leurs interactions sur la lactation. Deux exemples d’études des effets de polymorphismes génétiques sur le fonctionnement mammaire chez les caprins (locus CSN1S1, spécifiant la caséine αs1) et les bovins (locus DGAT1 spécifiant la diacylglycérol acyltransferase 1) mettent en exergue les différences d’expression de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides, mais aussi identifient des gènes impliqués dans le trafic vésiculaire et la réponse « Unfolded Protein Responses » (UPR) des caprins. Des exemples de régulation nutritionnelle du métabolisme lipidique révèlent la différence de réponse à la supplémentation lipidique entre la vache et la chèvre. De plus, des approches globales ont permis la découverte de gènes du métabolisme lipidique (tels que ACSBG1 et AZGP1 qui spécifient respectivement la lipidosine et la zinc-α2-glycoprotéine) dont l’expression mammaire était jusqu’alors inconnue, ou encore de révéler des modifications de la dynamique cellulaire mammaire. Enfin, les interactions entre les facteurs génétique et nutritionnel sont illustrées par des mécanismes de régulation fine de l’expression génique mettant en jeu de petits ARN non-codants : les microARN. L’ensemble de ces nouvelles données laissent entrevoir de nombreuses perspectives de recherche ciblant une connaissance de plus en plus exhaustive et fine du fonctionnement de la glande mammaire, mais aussi la nécessité de replacer ce fonctionnement au niveau de l’animal.

Les facteurs déterminants dans l’apparition des addictions sont généralement présentés selon la formule consacrée : interaction produit-individu-environnement. Le poids variable du facteur produit dans cette équation tiendrait à la différence de potentialité addictogène entre les différentes substances psychoactives. En ce qui concerne la vulnérabilité relative des individus on retient les facteurs psychologiques considérés comme acquis, les facteurs génétiques, et à mi-chemin entre les deux, les pathologies psychiatriques. Enfin, l’environnement constitue le creuset où l’alchimie addictive va opérer ou non. Même s’il reste très large et discutable ce modèle interactif a permis de compenser les positions unicistes. Ainsi, si on a mis, à juste titre, beaucoup d’espoir dans la vulnérabilité liée aux gènes l’intérêt de cette approche repose beaucoup plus aujourd’hui sur l’étude d’une dynamique gène environnement ou d’une interaction gène traitement que sur la découverte d’une cause unique de la maladie addictive. De la même façon, l’idée d’identifier un trouble psychologique spécifique des addictions s’éloigne progressivement. C’est la recherche sur l’interaction des différents facteurs qui enrichit aujourd’hui la connaissance en addictologie. Nous avons souhaité rendre compte des avancées en la matière. Pour ce faire nous présenteront d’abord des travaux concernant les interactions gènes traitement dans l’addiction aux opiacés (Dr F. Vorspan, Paris), puis nous discuterons de l’interaction de l’individu avec son environnement en particulier dans l’addiction à l’alcool (Dr P. Nubupko, Limoges) et enfin nous aborderons l’état des connaissances actuelles sur l’implication des facteurs psychologiques et psychiatriques dans l’étiologie de ces troubles (Pr C. Lançon, Marseille).

Cet article présente l’évolution de l’ARN du SARS-CoV-2 dans les filières de traitement des eaux et des boues du site Seine Valenton – Syndicat interdépartemental pour l’assainissement de l’agglomération parisienne (Siaap) - Sival. Cet article vise à contribuer à l’amélioration de la connaissance sur le devenir, dans les usines de traitement des eaux usées, du matériel génétique du virus responsable de la pandémie de Covid-19. À partir d’échantillons d’eaux et de boues prélevés à différentes étapes de traitement de la station d’épuration de Valenton, les gènes N1 et N2 du virus ont été mesurés par RT-qPCR après extraction de l’ARN et les bactériophages ARN F-spécifiques ont été dénombrés. Les résultats confirment qu’il y a une relation entre la quantité de SARS-CoV-2 dans les eaux usées et la dynamique de l’épidémie. Les résultats indiquent également que la filière de traitement d’une usine d’épuration assurant un traitement complet de l’azote permet un abattement d’environ 2,5 à 3 log pour les gènes N1 et N2 du SARS-CoV-2. Le matériel génétique est logiquement retrouvé dans les boues fraîches, avec des niveaux d’ARN qui suivent les dynamiques observées dans les eaux brutes. Les étapes de traitement des boues montrent également une efficacité pour réduire les niveaux de concentration de l’ARN du SARS-CoV-2, notamment au niveau du séchage thermique. En conclusion, cette étude montre que les niveaux de concentration du matériel génétique du SARS-CoV-2 sont inférieurs aux limites de quantification au rejet de la station d’épuration et qu’ils sont soit faibles, soit inférieurs aux limites de quantification pour les boues séchées.

La dystrophie myotonique de type 1 (DM1 ou maladie de Steinert) est une maladie neuromusculaire multi-systémique causée par une expansion anormale de triplets CTG instables dans la région 3’UTR du gène DMPK. Le nombre de répétitions augmente au cours des générations (instabilité intergénérationnelle) mais également avec l’âge du patient (instabilité somatique). Chez les patients, la taille des répétitions CTG est généralement corrélée à l’âge d’apparition et à la sévérité des symptômes. Ainsi, les expansions les plus grandes sont souvent associées à la forme clinique la plus grave de la DM1 (forme congénitale). Notre projet de thèse vise à identifier des nouveaux facteurs génétiques et chimiques capables de diminuer la taille des répétitions, et de mieux comprendre les mécanismes d’instabilité. Pour cela, un criblage génétique et pharmacologique est réalisé dans un modèle cellulaire HEK293 permettant de détecter rapidement les expansions (augmentation de la taille des triplets CTG) et les contractions (diminution de la taille des CTG). Les effets des différents gènes et facteurs chimiques, sélectionnés au cours du criblage, sur la dynamique de l’instabilité des triplets CTG seront étudiés dans un modèle cellulaire DM1. Les résultats de nos travaux permettront de mieux comprendre les mécanismes à l’origine des contractions. Par ailleurs, l’identification de nouveaux composés pharmacologiques susceptibles de favoriser les contractions CTG et ainsi réduire, voire inverser, la progression de la maladie, offrira de nouvelles perspectives thérapeutiques pour la DM1 mais aussi pour d’autres maladies à triplets répétés.

Le lait n’est pas tout à fait un aliment comme les autres puisqu’il est aussi produit par l’Homme. Cet aliment est indispensable à l’alimentation de l’enfant, car sa richesse nutritionnelle combinée à sa forme liquide en font une ration « tout en un » du jeune pendant ses premières semaines de vie. L’homme a très tôt domestiqué d’autres mammifères pour produire cet aliment nécessaire pour le jeune et l’a aussi intégré dans l’alimentation de l’adulte sous forme native ou après transformation. De fait, le lait est un des rares produits animaux avec l’oeuf qui est produit régulièrement et qu’il est possible d’obtenir sans tuer l’animal. Sa production fait pleinement partie de la fonction de reproduction et son prélèvement doit être géré pour ne pas handicaper le développement du jeune animal qui est également un élément d’avenir dans l’élevage. Les vaches laitières ont longtemps bénéficié de noms très personnalisés, voire de prénoms, jusqu’à ce que la traçabilité ne vienne proposer des identifiants plus proches du matricule de la sécurité sociale que des petits noms affectueux utilisés jusqu’alors. La traite est un moment particulier où l’éleveur se substitue au jeune pour prélever le lait plusieurs fois par jour. Tout ceci fait traditionnellement de l’élevage laitier un élevage qui associe étroitement l’homme et l’animal. Au commencement de la domestication et pendant longtemps, le principal défaut du lait a résidé dans sa faible aptitude à la conservation, nécessitant une consommation plutôt locale, le temps entre production et consommation devant rester le plus court possible. De fait, le développement de sa consommation dans les villes est récent et ne s’est pas fait sans quelques soucis (Fanica 2008). Bien entendu, les évolutions de l’industrie laitière et des transports ont permis de franchir ce double cap de la conservation et des distances, faisant en quelques décennies d’un produit local du peuple d’un terroir, riche d’identité, d’histoire et de culture (Faye et al 2010), un produit générique du commerce mondial qui s’échange entre continents suivant les règles de l’organisation mondiale du commerce et dont la demande augmente régulièrement. Ce passage du local au mondial ne s’effectue pas sans des changements radicaux des modes de production et de l’organisation des filières, avec des conséquences parfois importantes sur les territoires. La production de lait en France, pays traditionnel d’élevage bovin laitier, illustre parfaitement cette évolution et se trouve aujourd’hui à une période charnière. Riche d’une grande diversité de terroirs et de produits, la production française présente un profil original dont on ne sait pas aujourd’hui si c’est une force ou une faiblesse dans cette évolution. Depuis 1984, le système des quotas laitiers liés à la terre et non commercialisables en France a ralenti, comparativement aux pays voisins, l’évolution vers une spécialisation et une intensification des systèmes de production laitiers, mais il disparaîtra en 2015. Le contexte économique des prix des matières premières et du prix du lait devient beaucoup plus instable que par le passé. Le métier d’éleveur laitier, avec sa complexité, sa charge de travail importante, ses astreintes et la diminution de sa rémunération, devient moins attractif. La nécessaire prise en compte de l’impact de l’élevage sur l’environnement et plus globalement de la durabilité, constitue un nouveau défi qui est souvent vécu comme une contrainte supplémentaire. Cependant, les connaissances scientifiques et technologiques ont beaucoup progressé et offrent de nouveaux outils à l’élevage laitier pour construire une trajectoire originale dans cette évolution. Ce numéro spécial d’INRA Productions Animales se propose donc en quelques articles de faire un état des lieux des connaissances concernant la production laitière, ainsi que des nouveaux défis et des nouveaux outils qui s’offrent à la filière pour construire son avenir. Ce panorama n’est volontairement pas exhaustif et traitera prioritairement des vaches laitières avec cependant, lorsqu’il est apparu nécessaire, quelques exemples tirés de travaux réalisés chez les caprins. De même, il ne s’agit pas ici d’aborder la transformation du lait et les évolutions des nombreux produits transformés. Mais nous avons cherché à présenter un point sur un certain nombre de sujets en mettant en avant les avancées récentes et les défis scientifiques, techniques, économiques et organisationnels qui concernent la production laitière, en quatre grandes parties. La première plantera tout d’abord le décor du secteur laitier français. La deuxième présentera les nouvelles avancées des travaux sur la femelle laitière, la lactation et le lait. La troisième analysera les différents leviers que constituent la sélection génétique, la gestion de la santé, l’alimentation et la traite, pour mieux maîtriser la production de lait en élevage. Enfin, la dernière partie abordera des questions plus spécifiques concernant les systèmes d’élevage et leur futur. Le premier article de V. Chatellier et al fournit une analyse à la fois du bilan et des perspectives du secteur laitier français. Après une analyse du marché des produits laitiers au travers de la demande et de l’offre et des grandes stratégies des acteurs de la filière, cet article présente les spécificités françaises des exploitations laitières liées en particulier à la diversité des systèmes de production et des territoires. Cette double diversité se traduit également dans les écarts de productivité et des résultats économiques des exploitations dont la main-d’oeuvre reste majoritairement familiale, avec la question de son renouvellement qui se pose différemment selon les territoires. Enfin, à l’aune des changements importants de contexte qui se préparent avec la fin des quotas et les nouvelles relations qui se mettent en place entre producteurs et transformateurs, les auteurs étudient les différents scénarios qui en découlent et qui conduiront à l’écriture du futur du secteur laitier français dans les territoires et le marché mondial. La série d’articles sur l’animal et le lait débute par une approche systémique de l’animal laitier. La vache laitière est d’abord perçue au travers de sa fonction de production, et les modèles de prévision de la lactation se sont longtemps focalisés sur cette seule fonction. La notion d’animaux plus robustes et d’élevages plus durables (cf. Dossier « Robustesse... », Sauvant et Perez 2010) amène à revisiter cet angle d’approche pour l’élargir à ensemble des fonctions physiologiques en prenant mieux en compte les interactions entre les génotypes animaux et leurs environnements. La modélisation aborde cette complexité de deux façons contrastées, l’une plutôt ascendante en partant des mécanismes élémentaires et en les agrégeant, l’autre plutôt descendante, en partant de grandes propriétés émergeantes des principales fonctions et de leurs interactions, voire de leur compétition dans l’accès aux ressources nutritionnelles. La revue de Friggens et al aborde ainsi la question de la dynamique de partition des nutriments entre fonction physiologiques chez les vaches laitières en fonction du génotype en présentant plusieurs approches de modélisation. Cette revue s’attache à montrer l’intérêt de partir des propriétés émergeantes pour arriver à modéliser les réponses complexes (production, reproduction, composition du lait, état corporel…) d’une vache soumise à différentes conduites d’élevage au cours de sa carrière. Les outils de demain qui permettront d’optimiser la conduited’élevage face aux aléas économiques et climatiques dépendront de l’avancée de ces modèles et des connaissances scientifiques qui les sous-tendent. La fonction de lactation est la conséquence de nombreux mécanismes à l’échelle de l’animal, tout particulièrement au niveau de la glande mammaire. Le développement et le fonctionnement de cet organe caractérisé par sa cyclicité ont fait l’objet de nombreux travaux à l’Inra et dans de nombreuses équipes de recherches internationales. Il ne s’agissait pas ici de relater l’ensemble de ces travaux mais de consacrer un article aux dernières connaissances acquises sur les mécanismes de biosynthèse et de sécrétion des constituants du lait. L’article de Leroux et al présente les travaux sur la régulation de l’expression génique dans la glande mammaire avec un intérêt particulier pour les données acquises avec les nouveaux outils d’études globales de génomique expressionnelle. Ceux-ci apportent de nouvelles connaissances sur les effets des facteurs génétiques sur la biosynthèse et la sécrétion du lait, sur leur régulation nutritionnelle et sur l’interaction de ces facteurs. Ce dernier point constitue un champ d’investigation supplémentaire pour décrypter les secrets du fonctionnement mammaire avec notamment l’intervention de nouveaux acteurs que sont les petits ARN non codants (ou microARN) qui vient encore accroître la complexité du fonctionnement mammaire dans son rôle prépondérant lors de la lactation. Après avoir fait cet état des lieux des connaissances sur la biosynthèse et la sécrétion des constituants du lait au niveau de la glande mammaire, l’article de Léonil et al présente la complexité des fractions protéique et lipidique du lait et de leur assemblage en structures supramoléculaires. Ces structures finales sont sous la dépendance de la nature et de la variabilité des constituants, ellesmêmes dues aux polymorphismes des gènes responsables de leur synthèse. Ainsi, les auteurs font un état des lieux des connaissances sur la structure et le polymorphisme des gènes spécifiant les protéines coagulables du lait que sont les caséines pour arriver à l’organisation de ces dernières en micelles. Le rôle nutritionnel de ces protéines majeures du lait et leur fonction biologique sont revisitées à la lumière des connaissances croissantes sur les peptides bioactifs qu’elles contiennent. La fraction lipidique n’est pas en reste avec la présentation de sa complexité et de son organisation sous forme de globule gras ainsi que de son impact nutritionnel sur le consommateur. Enfin, la découverte récente, dans le lait, de petites particules (ou exosomes) véhiculant des protéines et des ARN ouvre de nouvelle voies d’investigation de l’impact du lait sur la santé du consommateur. La série d’articles consacrée aux leviers d’action dont disposent les éleveurs pour moduler la production laitière ainsi que la composition du lait débute par l’article de Brochard et al, qui retrace l’impact de la sélection génétique pour arriver aux apports de la sélection génomique des races bovines laitières. Un bref historique de la sélection génétique présente les progrès réalisés sur les caractères de production laitière mais aussi sur des caractères de robustesse (fertilité, mammites…) et permet ainsi de dresser le décor génétique des élevages français. L’avènement des outils de génomique grâce au séquençage du génome bovin a conduit à renouveler les perspectives de sélection des bovins laitiers (cf. Numéro spécial, «amélioration génétique" Mulsant et al 2011). La présentation brève de ces outils permet de mieux appréhender les retombées attendues. Les opportunités offertes par la sélection génomique sur les caractères laitiers sensu stricto se complètent et permettent également de proposer une sélection sur de nouveaux caractères. En effet, la prise en compte progressive d’autres caractères oriente la sélection vers une complexité accrue notamment grâce à l’établissement de nouvelles mesures phénotypiques. L’évolution vers une meilleure robustesse, une efficacité alimentaire optimisée mais aussi une empreinte environnementale réduite, sera d’autant plus envisageable que la sélection pourra s’appuyer sur des capacités de phénotypage de plus en plus fin et à grande échelle. Un autre facteur prépondérant dans l’élevage laitier concerne la gestion de la santé animale qui affecte, notamment, la durabilité des élevages sous l’angle socio-économique. Cette gestion complexe doit prendre en compte de nombreux paramètres tel que le nombre des traitements nécessaires, le temps passé, les pertes économiques directes à court et long terme, etc. Les infections ne touchent pas toutes directement la glande mammaire, mais en affectant l’animal, elles impactent la lactation, l’efficacité de production du troupeau et donc l’élevage. L’article de Seegers et al passe en revue sept maladies majeures classées en trois groupes affectant les bovins laitiers. Il présente les connaissances récentes acquises sur ces maladies et les perspectives qu’elles ouvrent pour mieux les maîtriser. Ces maladies ont bien souvent un impact économique fort sur les élevages et/ou sont transmissibles à l’Homme constituant ainsi des questionnements de recherche forts et pour lesquels les moyens d’actions sont aussi multiples que variés. De plus, les attentes sociétales visent à diminuer, autant que faire se peut, les intrants médicamenteux. L’alimentation est un levier de maîtrise de la production et de la composition du lait qui présente l’avantage d’avoir des effets rapides et réversibles. Bien que ce levier puisse également moduler la composition protéique du lait, l’impact prépondérant de l’alimentation sur la composition en acides gras du lait, dans le but de fournir aux consommateurs une qualité nutritionnelle du lait la plus favorable possible, a été mis en exergue par de nombreuses études. La détermination de la composition en acides gras des laits est de plus en plus précise, notamment du fait des nouvelles techniques qui permettent une meilleure caractérisation de ces profils. Outre l’impact de l’alimentation, les effets des apports nutritionnels chez le ruminant sur les teneurs en composés vitaminiques du lait sont également à prendre en compte dans la perspective de l’utilisation du lait comme source complémentaire naturelle de vitamines chez les sujets présentant une efficacité d’absorption réduite (tel que les jeunes ou à l’inverse les personnes âgées). L’article de Ferlay et al recense les principaux facteurs alimentaires (nature de la ration de base, supplémentation oléagineuse, différents types de suppléments lipidiques et leurs interactions) influençant la composition en acides gras et en vitamines du lait de vache. Enfin, la traite constitue un outil supplémentaire de pilotage des troupeaux en termes de production laitière mais aussi de qualité sanitaire, technologique et nutritionnelle du lait. De plus, une meilleure connaissance des effets des différentes pratiques de traite est cruciale dans le contexte actuel de gestion du travail dans les exploitations laitières (cf. Numéro spécial, « Travail en élevage », Hostiou et al 2012). Les moyens mis en oeuvre se situent à différents niveaux allant de la fréquence de traite aux systèmes de stockage des laits en passant par les réglages possibles ou les types de machines à traire. L’article de Guinard-Flament et al fait le point des connaissances actuelles sur les effets et les conséquences de modifications de la conduite des animaux à la traite. Il présente les effets de la fréquence de traite sur le niveau de production laitière et sur la composition du lait. Le contexte de la traite, avec les effets mécaniques de la machine à traire et celui du système de stockage, est également présenté dans ses multiples facettes pour souligner leur rôle prépondérant sur la qualité microbienne des laits. La conduite des vaches à la traite est également un moyen de gestion de la carrière d’une vache laitière à travers le pilotage de certaines phases du cycle de production (effets sur la reproduction et sur la durée de la lactation et leurs conséquences sur la santé de l’animal...). La dimension des systèmes d’élevage est dominée ces dernières années par la question environnementale, notamment depuis la parution du rapport de la FAO « Livestock’s long shadow » (Steinfeld et al 2006). L’élevage laitier, très consommateur de ressources de qualité, est concerné au premier rang par ce défi environnemental. Mais ces enjeux, peu perceptibles à l’échelle de l’élevage pourtant à l’origine de ces risques, sont difficiles à intégrer dans les objectifs des systèmes de production. L’article de Dollé et al sur les impacts environnementaux des systèmes bovins laitiers français apporte de nombreux éléments quantifiés sur les émissions des éléments à risque pour l’environnement par les élevages laitiers. Ces risques concernent bien entendu la qualité de l’eau, notamment via les excrétions d’azote et de phosphore, ce qui est connu depuis longtemps avec leurs impacts sur l’eutrophisation des cours d’eau et des côtes. Les risques liés à la qualité de l’air ont été pris en compte beaucoup plus récemment et concernent principalement les émissions d’ammoniac pouvant affecter la santé humaine et des gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique (cf. Dossier, « Gaz à effet de serre en élevage bovin : le méthane », Doreau et al 2011). Ensuite, l’article aborde la question de la biodiversité, auxiliaire de l’agriculture et des paysages, où l’élevage joue un rôle central au sein des territoires agricoles. L’article aborde pour finir la question de la quantification de ces impacts afin d’améliorer objectivement les performances environnementales des élevages et montre que performances environnementales et économiques en élevage laitier ne sont pas antinomiques. En guise de conclusion de ce numéro, J.L. Peyraud et K. Duhem se sont prêtés à un exercice d’analyse prospective des élevages laitiers et du lait de demain en reprenant certains des constats de l’article introductif, notamment sur la diversité des systèmes et des territoires, la restructuration rapide de la filière et la reconstruction du métier d’éleveur. La filière devra demain affronter la tension entre l’amélioration de la compétitivité et celle de la durabilité de l’élevage en tirant profit des innovations. La meilleure prise en compte des qualités nutritionnelles des produits et de l’évolution des demandes tout en améliorant l’intégration de l’élevage au sein des territoires constitue un double défi pour résoudre cette tension. L’analyse des auteurs prône cependant un maintien de la diversité et la complémentarité des systèmes dans une diversité de territoires pour mieux répondre aux enjeux de la société et des éleveurs. Ce numéro spécial montre combien la filière laitière est aujourd’hui plus que jamais à la croisée des chemins avec des défis économiques et sociétaux difficiles à relever dans un climat de plus en plus incertain. Entre diversité d'une part, et spécialisation et standardisation d'autre part, le chemin de la filière française reste complexe à définir. Les nombreuses évolutions des connaissances scientifiques permettent de disposer à court ou moyen terme de nouveaux outils pour relever ces défis. La sélection génomique pour disposer des animaux les plus adaptés à leur système, les modèles de prévision pour anticiper les aléas et leurs conséquences, les outils d’évaluation environnementale pour maîtriser les risques, les outils de monitoring et d’information des troupeaux d’élevage pour améliorer les conditions de travail et l’efficience des troupeaux, les possibilités de piloter la qualité des produits par les conduites d’élevage et en particulier l’alimentation, une meilleure connaissance des mécanismes de régulation de la lactation, la découverte de la richesse des constituants du lait et de leurs propriétés nutritionnelles et fonctionnelles sont autant d’atouts pour la filière pour affronter ces défis. A travers les articles de ce numéro, nous avons voulu illustrer quelques un de ces défis et des perspectives offertes par la recherche. L’enjeu sera de les mobiliser à bon escient dans le cadre de stratégies cohérentes. Cela nécessitera la collaboration de tous les acteurs de la recherche, de la formation, du développement et de la filière. A leur niveau, les articles de ce numéro, par les nombreuses signatures communes entre chercheurs, enseignants-chercheurs et ingénieurs de recherche-développement, témoignent de la vitalité des unités mixtes de recherche et des unités mixtes thématiques impliquées dans l’élevage laitier. De même, bon nombre de travaux relatés dans les articles de ce numéro sont le fruit de programmes de recherche co-financés et menés en collaboration étroite entre la recherche, les instituts technique et la filière. Nous y voyons un fort signe positif pour l'avenir de l'élevage laitier en France Cet avant-propos ne saurait s’achever sans remercier René Baumont et le comité de rédaction d’Inra Productions Animales pour l’initiative judicieuse de ce numéro spécial, mais aussi pour nous avoir aidés à mener à bien ce projet comprenant de nombreux auteurs, qui ont bien voulu se prêter à l’exercice difficile de la rédaction d’un article de synthèse qui conjugue la rigueur de l’information scientifique avec l’exigence de la rendre accessible à un large public. Ce numéro doit beaucoup aussi aux relectures constructives de nombreux collègues que nous remercions ici anonymement. Enfin, cet ouvrage doit aussi sa qualité à un travail remarquable d’édition technique assuré par Pascale Béraudque nous associons à ces remerciements. Nous avons eu la primeur de ces articles et nous espérons que vous partagerez l’intérêt que nous avons eu à leur lecture à la fois instructive, enrichissante et propice à nourrir notre réflexion pour le futur de la recherche-développement dans le domaine de l’élevage bovin laitier.Philippe FAVERDIN, Christine LEROUX RéférencesDoreau M., Baumont R., Perez J.M., (Eds) 2011. Dossier, Gaz à effet de serre en élevage bovin : le méthane. INRA Prod. Anim., 24, 411-474. Fanica P.O., 2008. Le lait, la vache et le citadin. Du XVIIe au XXe siècle. Editions Quae, Paris, France,520p. Faye B., Bonnet P., Corniaux C., Duteurtre G., 2010. Peuples du lait. Editions Quae, Paris France, 160p. Hostiou N., Dedieu B., Baumont R., (Eds) 2012. Numéro spécial, Travail en élevage. INRA Prod. Anim., 25, 83-220. Mulsant P., Bodin L., Coudurier B., Deretz S., Le Roy P., Quillet E., Perez J.M., (Eds) 2011. Numéro spécial, Amélioration génétique. INRA Prod. Anim., 24, 283-404. Sauvant D., Perez J.M., (Eds) 2010. Dossier, Robustesse, rusticité, flexibilité, plasticité, résilience… les nouveaux critères de qualité des animaux et des systèmes d'élevage. INRA Prod. Anim., 23, 1-102. Steinfeld H., Gerber P., Wassenaar T., Castel V., Rosales M., de Haan C., 2006. Livestock's long shadow: environmental issues and options. Food and Agriculture Organization of the United Nations,414p.

Ce numéro hors-série est consacré aux travaux sur les maladies à prions des animaux de ferme, menés à l’Inra en collaboration avec de nombreux organismes nationaux et internationaux. Il aborde de nombreuses facettes de la recherche sur ces agents et les maladies qu’ils occasionnent, tant sur le modèle tremblante que sur l’Encéphalopathie Spongiforme Bovine (ESB) : biologie de l’agent pathogène et notion de souche de prion, pathogénie de la maladie et résistance génétique, voies de transmission et évolution dans les populations animales, lutte contre les EST. Le premier article présente l’ensemble des outils mis au point à l’Inra pour étudier les EST (laboratoire de génotypage à grande échelle) ainsi que les dispositifs expérimentaux qui y sont dédiés (domaine expérimental atteint de tremblante naturelle et différentes animaleries protégées). Ensuite, la notion de souche de prion est introduite, discutée, et les divers travaux en cours pour différencier les souches de prions sur une base biologique et biochimique sont présentés, de même que les études menées pour comprendre le déterminisme de cette diversité. Ces travaux ont aussi pour objectif l’amélioration des méthodes actuelles de typage en termes de rapidité et de fiabilité, notamment à travers le développement de souris transgéniques. Deux articles traitent des mécanismes par lesquels la protéine prion pathogène est introduite dans l’organisme, puis la façon dont elle diffuse dans les différents tissus et organes et exerce son pouvoir pathogène. L’un concerne la pathogénie de la tremblante, à partir des travaux entrepris sur le mouton : dans quels tissus diffuse la protéine prion pathogène, dans quels types de cellules et à quelle vitesse, et comment intervient le génotype de l’individu dans ce processus. L’autre porte sur les modèles cellulaires mis au point récemment, qui permettent la multiplication du prion ovin et servent à étudier les interactions entre la protéine prion pathogène et différents types de cellules de l’organisme, les gènes activés en cas d’infection, le rôle du polymorphisme de la protéine prion ovine dans la réplication du prion pathogène et l’identification de molécules ayant une activité antiprion. Les propriétés et le rôle physiologique de la protéine prion normale, ainsi que les raisons pour lesquelles la protéine prion normale est transformée en protéine prion pathogène, sont ensuite abordés à travers plusieurs études : approche physicochimique et structurale de la structure de la protéine prion, pour analyser les domaines de la protéine prion qui pourraient avoir un rôle clé dans la transconformation de la protéine normale en protéine pathogène, et pour comprendre la relation entre le polymorphisme génétique de cette protéine et l’état de résistance ou de sensibilité à la tremblante ; approche immunochimique grâce à des anticorps monoclonaux ayant des affinités particulières pour certaines régions de la protéine prion PrP, qui permettent l’étude de la capacité de la protéine normale à être convertie en protéine pathogène et le typage moléculaire des souches de prions ; analyse des voies de sécrétion et du rôle physiologique de la protéine prion cellulaire. L’influence du polymorphisme au locus Prnp sur la sensibilité des animaux aux EST est documentée, ainsi que les travaux en cours pour mettre en évidence d’autres gènes influençant la sensibilité des animaux aux EST, à partir de la cartographie du génome. Concernant l’épidémiologie des EST, un article présente les travaux sur les sources d’infection, les voies de transmission et la dynamique de la maladie dans les populations animales, en matière de tremblante et d’ESB. Les résultats relèvent d’expérimentations, d’études de terrain et de modélisation mathématique. Enfin, plusieurs articles sont consacrés à la lutte contre les EST, abordant plusieurs volets : développement de tests pour le diagnostic avant la mort et la distinction entre souches d’EST, travaux conduits depuis dix ans pour maîtriser voire éradiquer la tremblante dans la population ovine en jouant sur la résistance génétique des ovins aux EST, étude clinique conduite sur une molécule à visée thérapeutique et discussion sur la méthode de choix des molécules à expérimenter, pistes pour la destruction des farines animales à risque, grâce à l’utilisation de microorganismes ou la fabrication de biolubrifiants, additifs biocarburants et matériaux polymères.

L’inhibition latérale par Notch est un mécanisme bien conservé au sein des espèces qui permet la formation de pattern de destins cellulaires1. Dans de nombreux tissus, la signalisation intercellulaire entre Delta et Notch coordonne dans le temps et l’espace des décisions de destin cellulaire binaires dont l’origine est proposée stochastique. Dans le contexte du développement des organes sensoriels chez la Drosophile, il a été proposé que la rupture de symétrie entre cellules équipotentes dépendait de fluctuations aléatoires dans le niveau d’expression de Delta/Notch2 (ou d’un de ses régulateurs en amont, par exemple YAP1 dans l’intestin de la souris3), avec des petites différences qui sont amplifiées et stabilisées pour générer des destins distincts. La décision cellulaire stochastique médiée par Notch peut aussi être biaisée par des facteurs intrinsèques (par exemple, l’histoire de la cellule4) ou des facteurs extrinsèques. Bien que l’inhibition latérale ait été largement étudiée dans de nombreux contextes développementaux, il manque toujours une analyse détaillée in vivo de la dynamique de l’acquisition du destin cellulaire et des signaux régulant cette décision. Ici, nous avons utilisé une approche quantitative d’imagerie en temps réel pour étudier la dynamique de spécification des organes sensoriels dans l’abdomen de la drosophile. Pour suivre la compétence des cellules à s’engager dans le destin neural et devenir une cellule précurseur des organes sensoriels (SOP), nous avons utilisé l’accumulation du facteur de transcription Scute, un régulateur majeur de la formation des organes sensoriels dans l’abdomen. Pour visionner Scute directement dans les pupes en développement, nous avons utilisé des pupes exprimant la protéine Scute taguée par une GFP. Nous avons généré des films haute résolution dans le temps et l’espace puis nous avons segmenté et traqué tous les noyaux grâce un pipeline personnalisé. Nous avons ainsi pu étudier quantitativement la dynamique de l’expression de Scute dans toutes les cellules. Après avoir défini un index de différence de destin cellulaire (FDI), nous avons trouvé que la rupture de symétrie était détectée tôt, quand les cellules exprimaient encore un niveau faible et hétérogène de Scute. Quelques rares cas de résolution tardive ont été observés c’est-à-dire quand deux cellules voisines accumulent toutes les deux un fort niveau de Scute avant d’être séparées. Il est aussi intéressant de noter que le niveau de Scute n’a pas rapidement diminué dans les cellules non sélectionnées, immédiatement après la rupture de symétrie. D’autre part, nous avons trouvé une corrélation positive entre la pente du FDI après la rupture de symétrie et l’hétérogénéité intercellulaire mesurée dans le niveau de Scute mais il reste à démontrer si l’augmentation de l’hétérogénéité est causalement liée à la rupture de symétrie. Nous avons ensuite voulu savoir si cette décision cellulaire stochastique était biaisée par l’ordre de naissance (comme proposé dans le contexte de décision AC/VU chez le C. elegans4) ou par la taille et la géométrie des contacts cellulaires (comme suggéré par une modélisation5). Nous avons trouvé qu’aucun des deux biais ne semblait influencer la décision cellulaire binaire médiée par Notch dans l’abdomen de la Drosophile. En conclusion, nos données d’imagerie fournissent une analyse quantitative détaillée de la dynamique des proneuraux pendant l’inhibition latérale chez la Drosophile
Lateral inhibition by Notch is a conserved mechanism that regulates the formation of regular patterns of cell fates1. In many tissues, intercellular Delta-Notch signaling coordinates in time and space binary fate decisions thought to be stochastic. In the context of sensory organ development in Drosophila, it has been proposed that fate symmetry breaking between equipotent cells relies on random fluctuations in the level of Delta/Notch2 (or one of their upstream regulators, e.g. YAP1 in the mouse gut3), with small differences being amplified and stabilized to generate distinct fates. Notch-mediated stochastic fate choices may also be biased by intrinsic, i.e. cell history4, or extrinsic factors. Although lateral inhibition has been extensively studied in many developmental contexts, a detailed in vivo analysis of fate and signaling dynamics is still lacking. Here, we used a quantitative live imaging approach to study the dynamics of sensory organ fate specification in the Drosophila abdomen. The accumulation of the transcription factor Scute (Sc), a key regulator of sensory organ formation in the abdomen, was used as a proxy to monitor proneural competence and SOP fate acquisition in developing pupae expressing GFP-tagged Sc. We generated high spatial and temporal resolution movies and segmented/tracked all nuclei using a custom-made pipeline. This allowed us to quantitatively study Sc dynamics in all cells. Having defined a fate difference index (FDI), we found that symmetry breaking can be detected early, when cells expressed very low and heterogeneous levels of Sc. We also observed rare cases of late fate resolution, e.g. when two cells close to each other accumulate high levels of GFP-Scute before being pulled away from each other. Interestingly, we did not observe a rapid decrease in GFP-Sc levels in non-selected cells right after symmetry breaking. Also, the rate of change of FDI values after symmetry breaking appeared to positively correlate with cell-to-cell heterogeneity in Sc levels. Whether increased heterogeneity is causally linked to symmetry breaking remains to be tested. We next addressed if this stochastic fate decision is biased by birth order (as proposed in the context of the AC/VU decision in worms4) or by the size and geometry of cell-cell contacts (as modeling suggested5). We found that neither appeared to significantly influence Notch-mediated binary fate decisions in the Drosophila abdomen. In conclusion, our live imaging data provide a detailed analysis of proneural dynamics during lateral inhibition in Drosophila

L'exploitation des données issues des projets de séquençage des génomes représente un enjeu majeur de la biologie moderne et de la bioinformatique. Une étape déterminante du processus d'annotation est la localisation dans les séquences d'ADN des gènes codant pour des protéines. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse se base sur un logiciel de détection de gènes (EuGène) qui intèges des informations multiples au sein d'un modèle non probabiliste représentant sous la forme d'un graphe (DAG) l'ensemble des structures géniques potentielles d'une séquence ADN. Une méthode d'estimation des paramètres du modèle basée sur une procédure d'optimisation stochastique des performances a permis la prise en compte de nouvelles informations, comme des données d'homologie inter- et intra-génomique. Le problème de la prédiction de variants d'épissage alternatif est également traité, grâce à une nouvelle méthode intégrant les approches intrinsèques et extrinsèques
As more genomes are sequenced, the exact localisation of protein-coding genes in genomic DNA sequences is a major challenge in bioinformatics and modern biology. This work is based on a gene finding software (EuGène) that integrates several sources of information in a non-probabilistic graph-based gene structure model (DAG). A weighting parameters estimation method based on a stochastic optimization process has been designed to allow the incorporation of new types of data, like inter- and intra-genomic homology information. The problem of predicting several alternatively spliced variants for one gene has also been adressed by including a transcript data analysis into the global gene finding process, resulting in a new extrinsic/intrinsic integrative approach

Au cours du développement du système nerveux central, les facteurs de transcription contrôlent l’activité d’un répertoire de gènes cibles de manière spatio-temporelle et orchestrent ainsi la formation de structures fonctionnelles spécialisées. Parmi les gènes codant de tels facteurs, le gène Otx2 joue un rôle important dans la formation et la spécification des régions antérieures du cerveau tout au long du développement embryonnaire. Le gène Otx2 est également actif dans le cervelet, structure responsable de la coordination fine des mouvements. Les expériences d’invalidation de ce gène ont montré que son expression est nécessaire à la formation du cervelet. De plus, de nombreux médulloblastomes, tumeurs cérébrales les plus courantes chez l’enfant, présentent une surexpression ou une amplification du gène Otx2. Une régulation fine du niveau d’expression du gène Otx2 est donc importante pour le développement normal du cervelet. Nous avons cherché à comprendre de quelle façon le gène Otx2 est impliqué dans le développement du cervelet. Afin de mieux aborder son rôle, la dynamique d’expression de la protéine Otx2 a tout d’abord été analysée tout au long du développement du cervelet. Nos résultats montrent qu’il est actif dans les précurseurs des cellules granulaires de la région postérieure dès E13. 5, soit au début du développement du cervelet, et que son expression persiste dans les cellules granulaires chez l’adulte. Ensuite, le destin des descendants des précurseurs Otx2-positifs a été étudié. Ces analyses ont révélé que le gène Otx2 est exprimé par ces précurseurs au cours du développement précoce du cervelet avant qu’ils ne soient localisés dans la lèvre rhombique, l’épithélium germinatif à l’origine notamment des cellules granulaires. Ce résultat ouvre des perspectives intéressantes puisque l’origine des cellules constituant la lèvre rhombique est pour l’heure inconnue. Enfin, le rôle du gène Otx2 dans les précurseurs des cellules granulaires au cours du développement tardif du cervelet a été abordé par une stratégie d’invalidation conditionnelle du gène. Ces expériences montrent que la perte du gène Otx2 entraîne une hypoplasie de la région postérieure du cervelet. Ce phénotype est la conséquence d’une dérégulation du développement des précurseurs des cellules granulaires. Nos travaux ont permis de raffiner les connaissances sur la dynamique d’expression du gène Otx2 et de mieux appréhender son rôle dans le développement de la région postérieure du cervelet
During development of the central nervous system, transcription factors control the activity of various genes in space and time and choreograph the formation of specialized functional structures. Among genes coding for such factors, the Otx2 gene plays an important role during the formation and specification of anterior regions of the brain throughout embryonic development. Otx2 is also expressed in the cerebellum, a structure responsible for fine motor coordination? Conditional knockout of Otx2 gene revealed that its expression is needed for proper cerebellum development. Moreover, medulloblastomas, the most common cerebral tumours in children and that affects the cerebellum, often show an overexpression or an amplification of the Otx2 gene. Thus a thight regulation of Otx2 expression level is important during cerebellum development. Our aim was to understand how Otx2is involved in cerebellar development? First, the dynamics of Otx2 protein expression was analyzed throughout development of the cerebellum. Our results show that the protein is expressed in granule cell precursors of the posterior region from E13. 5 on, at the beginning of cerebellum formation, and that this expression persists in granule cells at the adult stage. Then, we analyzed the fate of Otx2-positivze precursors. These analyses revealed that during early development, Otx2 is expressed in precursors before they reach the rhombic lip, the germinal epithelium producing notably granule cells. This result opens exciting perspectives since origin the cells that constitute the rhombic lip is unknown. Finally, the role of Otx2 in granule cell precursors during the late phase of cerebellum formation has been studied using a conditional knockout strategy. These experiments show that inactivation of Otx2 leads to hypoplasia of the posterior region of the cerebellum. This phenotype is linked to deregulation of granule cell precursor’s development shortly after loss of Otx2. Our studies refine our knowledge of the dynamics of Otx2 gene expression and improve our understanding of its role during the development of the posterior region of the cerebellum

Un des aspects essentiels du vivant est la capacité de controler spatialement et temporellement l'expression génétique, et ce d'une façon très précise. La portion transcrite du génôme de chaque être vivant varie continuellement en fonction du temps, mais est également dictée par l'environnement de la cellule, qu'elle soit d'organisme unicellulaire, pluricellulaire, prokaryote ou eukaryote. Un défaut dans le contrôle de la transcription peut avoir des conséquences particulièrement dangereuses, allant de la mort cellulaire à la prolifération non contrôlée, en passant par les cas de réponses inadaptées à un signal environnant, par exemple certains diabètes. La transcription est la première étape de l'expression génétique. A ce titre ce processus a été fortement étudié, sous de très nombreux aspects. Notamment, la dynamique et le contrôle de la transcription a été l'objet de nombreuses recherches in vitro et in vivo. Cependant, de très nombreuses questions demeurent, en particulier en ce qui concerne le contrôle dynamique de l'activation de la transcription. Cette thèse récapitule mes 4 dernières années de travail dans ce domaine. Nous avons choisi de mener une étude de la transcription axée quasi-exclusivement sur des techniques de pointe en microscopie à fluorescence. En effet, la microscopie offre la possibilité d'étudier in vivo un phénomène avec une résolution temporelle inaccessible par d'autres moyens. Par ailleurs, la microscopie permet également de franchir la barrière du " biais de moyenne " qui existe lorsque l'on étudie un échantillon. Cela devient possible tout simplement parce que la microscopie permet d'étudier chaque cellule d'un même échantillon de façon indépendante, permettant ainsi d'étudier les disparités au sein même d'un éhantillon, et notamment d'observer des phénomènes exceptionnels qui seraient passés inaperçus avec des methodes biochimiques. Cette thèse decrit les methodologies qui ont été développées durant ces 4 dernières années, les résultats que ces nouvelles techniques nous ont permis d'obtenir, et discutera des questions et des possibilités soulevées par ces résultats

Les bactéries sont en permanence confrontées à des changements d'environnements. La régulation transcriptionnelle joue alors un rôle majeur dans l'adaptation des bactéries. En particulier, la bactérie phytopathogène D. dadantii s'est récemment adaptée à l'hôte végétal. Elle produit en particulier des pectate lyases (Pel) qui dégradent la pectine, ciment des parois végétales, et jouent un rôle majeur dans le développement de la maladie. Les gènes pelD et pelE, malgré la forte divergence dans leur expression, sont issus d'un transfert horizontal suivi d'une duplication récente. La question de l'intégration de ces gènes avec les régulations préexistantes s'est alors posée.Dans un premier temps, les mécanismes moléculaires détaillés de la régulation de pelD ont été étudiés. Il a été montré que cette régulation s'appuie sur un promoteur divergent de forte affinité pour l'ARN polymérase mais de faible efficacité pour la transcription et sur un arrangement stratégique de quatre sites de fixation de répresseur FIS et deux sites de l'activateur CRP. Tous ces éléments interagissent entre eux pour produire une régulation fine de l'expression de pelD. L'origine de la divergence régulatrice entre les paralogues pelD et pelE a par la suite été explorée. De manière surprenante, la divergence entre ces deux gènes et leur sélection s'appuie presque exclusivement sur un décalage de la position du promoteur de pelE (« TSS turnover ») qui l'a transformé en initiateur de la dégradation de la pectine. Ce mécanisme très fréquent chez les eucaryotes pluricellulaires (homme, drosophile, souris…) n'avait jamais encore été décrit chez les bactéries.A travers l'étude des promoteurs pelD et pelE de D. dadantii, de nouveaux mécanismes renforçant l'importance de la régulation transcriptionnelle dans les processus adaptatifs ont ainsi été découverts
Bacteria face frequent environmental changes. Transcriptional regulation plays a major role in the adaptation to these changes. In particular, the phytopathogen bacteria Dickeya have recently adapted to vegetal hosts. They produce Pecate lyases (Pel), among others, to degrade pectin in plant cell walls, which is necessary for disease development. The pelD and pelE genes, despite the strong divergence in their expression, originate from a horizontal gene transfer followed by a recent duplication. This raises the question of their integration into the preexisting regulatory networks.Detailed molecular mechanisms of the transcriptional regulation of pelD were studied first. It was shown that this regulation relies on a high-affinity but low transcription efficiency divergent promoter and a strategic arrangement of four FIS repressor binding sites and two CRP activator binding sites. These elements interact together to fine-tune the expression of pelD. Next, the origin of the regulatory divergence between the paralogous genes pelD and pelE was explored. Surprisingly, their divergence and selection relies mostly on a TSS turnover which happened on the pelE regulatory region and transformed pelE into an initiator of pectin degradation. This widespread phenomenon in multicellular eukaryotes (human, fly, mouse…) had not yet been seen in bacteria. To conclude, through the study of D. dadantii pelD and pelE promoters, new mechanisms highlighting the relevance of transcriptional regulation in adaptation were discovered in this work

Dans une perspective de médecine régénératrice, les cellules souches nerveuses et progénitrices fœtales humaines constituent indéniablement un des outils les plus adaptés au traitement des lésions du SNC et des maladies neurodégénératives. Jusqu’à présent, leur utilisation en thérapie cellulaire a eu recours à des populations hétérogènes composées à la fois de cellules immatures, de cellules en voie de différenciation et de cellules pleinement différenciées. Or des études récentes ont révélé l’intérêt de disposer de populations enrichies en un type cellulaire donné afin d’améliorer l’efficacité des greffes. Pour homogénéiser les populations et mieux cibler les pathologies, nous avons donc mis en œuvre deux stratégies. La première consiste à surexprimer, dans les cellules en culture, les gènes proneuraux à motif bHLH Ngn1, Ngn2, Ngn3 et Mash1 au travers de vecteurs lentiviraux dits « de différenciation ». Cette surexpression a permis d’orienter la différenciation des cellules majoritairement vers le lignage neuronal et également de spécifier des sous-types neuronaux. La seconde méthode utilise des vecteurs lentiviraux traceurs pour exprimer une protéine rapportrice sous le contrôle de promoteurs spécifiques des différents lignages du SNC en vue de leur sélection par tri cellulaire. Nous avons ainsi utilisé le promoteur Nestine pour les cellules immatures, le promoteur Synapsine pour les cellules neuronales et le promoteur GFAP pour les cellules astrocytaires. Si les promoteurs Synapsine et GFAP ont révélé une spécificité contestable, le promoteur Nestine, quant à lui, a permis de sélectionner une population enrichie à 81% en cellules nestine+. Ce travail s’inscrit dans un projet de plus grande envergure, qui a pour but d’évaluer les bénéfices de greffes de ces populations homogénéisées.

L'étude du comportement à l'échelle cellulaire des homéoprotéines, représente le centre d'intérêt de notre laboratoire. Les homéoprotéines sont une classe de facteurs de transcription caractérisée par la grande conservation, des plantes aux hommes, de leur motif de liaison à l'ADN, appelé homéodomaine. Ces protéines jouent un rôle crucial lors du développement embryonnaire et sont également requises plus tardivement lors des étapes de maturation des réseaux neuronaux. Principalement, ce sont des aspects "non conventionnels" de la biologie de Engrailed qui retiennent notre attention. En accord avec son rôle de facteur de transcription, Engrailed est localisé dans le noyau de cellules. Cependant, une fraction de la protéine co-purifiait avec des compartiments membranaires, associ ées à des cavéoles. Quelle est l'origine de ce contingent extra-nucléaire de Engrailed ? [. . . ]
Our researches have focused on the cell biology of homeoproteins. Using vertebrate Engrailed 2 (EN2) as a paradigm, we aim to study "unconventional" aspects of homeoproteins cell biology. A careful examination of the sub-cellular localisation of EN2 in the mesencephalon revealed that in addition to the important nuclear pool (in accordance with its role of transcriptional regulator) a small fraction (around 5%) was retrieved associated with vesicular compartments. A. Joliot observed that purified EN2 protein, when added to the medium of cultured neurons, was able to freely cross the plasma membrane and accumulate within the nucleus. This internalisation occurs at both 37°C and 4°C, is receptor independent and is totally held by the third helix of the homeodomain. These observations raised several questions, what is the origin of the non-nuclear pool of EN2? what is the signification of the vesicular association and the internalisation property? [. . . ]

Dans une perspective de médecine régénératrice, les cellules souches nerveuses et progénitrices fœtales humaines constituent indéniablement un des outils les plus adaptés au traitement des lésions du SNC et des maladies neurodégénératives. Jusqu'à présent, leur utilisation en thérapie cellulaire a eu recours à des populations hétérogènes composées à la fois de cellules immatures, de cellules en voie de différenciation et de cellules pleinement différenciées. Or des études récentes ont révélé l'intérêt de disposer de populations enrichies en un type cellulaire donné afin d'améliorer l'efficacité des greffes. Pour homogénéiser les populations et mieux cibler les pathologies, nous avons donc mis en œuvre deux stratégies. La première consiste à surexprimer, dans les cellules en culture, les gènes proneuraux à motif bHLH Ngn1, Ngn2, Ngn3 et Mash1 au travers de vecteurs lentiviraux dits « de différenciation ». Cette surexpression a permis d'orienter la différenciation des cellules majoritairement vers le lignage neuronal et également de spécifier des sous-types neuronaux. La seconde méthode utilise des vecteurs lentiviraux traceurs pour exprimer une protéine rapportrice sous le contrôle de promoteurs spécifiques des différents lignages du SNC en vue de leur sélection par tri cellulaire. Nous avons ainsi utilisé le promoteur Nestine pour les cellules immatures, le promoteur Synapsine pour les cellules neuronales et le promoteur GFAP pour les cellules astrocytaires. Si les promoteurs Synapsine et GFAP ont révélé une spécificité contestable, le promoteur Nestine, quant à lui, a permis de sélectionner une population enrichie à 81% en cellules nestine+. Ce travail s'inscrit dans un projet de plus grande envergure, qui a pour but d'évaluer les bénéfices de greffes de ces populations homogénéisées.

Les mycoplasmes sont des bactéries atypiques, dépourvues de paroi et souvent considérées comme des cellules minimales du fait de la taille réduite de leur génome. De nombreuses espèces sont pathogènes et ont un impact économique important dans les filières d'élevage, notamment pour les ruminants. Les mycoplasmes n'échappent pas au phénomène mondial de la résistance aux antibiotiques. Contrairement à la plupart des autres bactéries, les mycoplasmes ne contiennent pas de plasmides conjugatifs souvent incriminés dans la dissémination horizontale de gènes de résistance, la base moléculaire principalement décrite étant la mutation chromosomique des gènes cibles. De façon générale, le transfert horizontal de gènes (HGT) chez les mycoplasmes a longtemps été sous-estimé. Récemment, deux mécanismes de HGT ont été décrits chez Mycoplasma agalactiae : le transfert d'élément conjugatif et intégratif (ICE), et le transfert non-conventionnel de régions chromosomiques par conjugaison appelé MCT (Mycoplasma Chromosomal Transfer). Nos travaux se sont attachés à explorer ce dernier mécanisme et à évaluer son impact sur l'acquisition de la résistance aux antibiotiques. Une analyse de génomique comparative a été conduite à partir du séquençage de nombreux mutants spontanément résistants et de transconjugants générés par des expériences de mating et sélectionnés pour leur résistance. Nos résultats montrent que le MCT conduit de façon distributive au transfert simultané de nombreux fragments. En une seule étape de conjugaison impliquant deux souches, ce phénomène génère une population variée de génomes hautement mosaïques. Il accélère la dissémination de l'antibiorésistance, permettant l'acquisition de plusieurs mutations distantes associées à la résistance en un seul événement. De par les multiples possibilités de réassemblage génomique qu'il produit, le MCT pourrait avoir des conséquences importantes sur d'autres processus adaptatifs comme la virulence ou la spécificité d'hôte. Enfin, les modalités distributives et l’ampleur du MCT expliquent l'origine des transferts de gènes précédemment détectés in silico entre de nombreux mycoplasmes. Ce phénomène pourrait donc avoir eu des répercussions importantes sur l'évolution de ces bactéries minimales et être un facteur clé de leur persistance et virulence actuelles
Mycoplasmas are wall-less bacteria often portrayed as minimal cells because of their reduced genomes. Several species are pathogenic and have a significant economic impact on livestock production, especially for ruminants. Mycoplasmas are also concerned with the worldwide increase in antibiotic resistance. In contrast to the majority of bacteria, these simple bacteria are deprived of conjugative plasmids that are frequently implicated in the horizontal dissemination of resistance genes: in mycoplasmas antibiotic resistance mainly relies on chromosomal mutations in target genes. In Mycoplasmas, the horizontal gene transfer (HGT) has long been underestimated. Recently, two conjugative mechanisms of HGT were described in Mycoplasma agalactiae: the transfer of an integrative and conjugative element (ICE), and the unconventional transfer of chromosomal DNA further designed by “MCT” for Mycoplasma Chromosomal Transfer. Our current study focused on exploring MCT mechanisms and on estimating its impact on antibiotic resistance dissemination. Comparative genomic analyses were performed from the sequencing (i) of spontaneous resistant mutants and (ii) of transconjugants selected by mating experiments and selected based on their resistance. Data revealed that MCT generated the simultaneous transfer of multiple, unrelated donor-fragments following a distributive process. In one conjugative step involving two strains, MCT generated a variety of highly mosaic genomes. This phenomenon was also shown to accelerate the dissemination of antibiotic resistance, by allowing in one step the acquisition of multiple and dispersed mutations associated with resistance. Due to the limitless ability of this phenomenon in reshuffling genomes, MCT may offer a valuable contribution in other adaptive processes such as virulence or host specificity. Finally, the distributive nature and the extent of MCT explain the origin of genes transfers detected in silico in several mycoplasma species. MCT is certainly a major player in the evolution of these minimal bacteria and a key factor of their persistence and virulence