Paris, 7 septembre 2012

Observer en temps réel la réparation d'une seule molécule d'ADN
L'ADN est sans cesse endommagé par des agents environnementaux tels que les rayons ultra-violets ou certaines molécules de la fumée de cigarette. Sans arrêt, les cellules mettent en œuvre des mécanismes de réparation de cet ADN d'une efficacité redoutable. Une équipe de l'Institut Jacques Monod (CNRS/Université Paris Diderot), en collaboration avec des chercheurs des universités de Bristol en Angleterre et Rockefeller aux Etats-Unis, est parvenue à suivre en direct, pour la première fois, les étapes initiales de l'un de ces systèmes de réparation de l'ADN encore peu connu. Grâce à une technique inédite appliquée à une molécule unique d'ADN sur un modèle bactérien, les chercheurs ont compris comment plusieurs acteurs interagissent pour réparer l'ADN avec une grande fiabilité. Publiés dans Nature le 9 septembre 2012, leurs travaux visent à mieux comprendre l'apparition de cancers et comment ils deviennent résistants aux chimiothérapies.
Les rayons ultra-violets, la fumée de tabac ou encore les benzopyrènes contenus dans la viande trop cuite provoquent des altérations au niveau de l'ADN de nos cellules qui peuvent conduire à l'apparition de cancers. Ces agents environnementaux détériorent la structure même de l'ADN, entraînant notamment des dégâts dits « encombrants » (comme la formation de ponts chimiques entre les bases de l'ADN). Pour identifier et réparer ce type de dégâts, la cellule dispose de plusieurs systèmes, comme la « réparation transcriptionellement-couplée » (ou TCR pour Transcription-coupled repair system) dont le mécanisme d'action complexe reste encore aujourd'hui peu connu. Des anomalies dans ce mécanisme TCR, qui permet une surveillance permanente du génome, sont à l'origine de certaines maladies héréditaires comme le Xeroderma pigmentosum qui touche les « enfants de la Lune », hypersensibles aux rayons ultra-violets du Soleil.

Pour la première fois, une équipe de l'Institut Jacques Monod (CNRS/Université Paris Diderot), en collaboration avec des chercheurs des universités de Bristol en Angleterre et Rockefeller aux Etats-Unis, a réussi à observer les étapes initiales du mécanisme de réparation TCR sur un modèle bactérien. Pour y parvenir, les chercheurs ont employé une technique inédite de nanomanipulation de molécule individuelle(1) qui leur a permis de détecter et suivre en temps réel les interactions entre les molécules en jeu sur une seule molécule d'ADN endommagée. Ils ont élucidé les interactions entre les différents acteurs dans les premières étapes de ce processus TCR. Une première protéine, l'ARN polymérase(2), parcourt normalement l'ADN sans encombre mais se trouve bloquée lorsqu'elle rencontre un dégât encombrant, (tel un train immobilisé sur les rails par une chute de pierres). Une deuxième protéine, Mfd, se fixe à l'ARN polymérase bloquée et la chasse du rail endommagé afin de pouvoir ensuite y diriger les autres protéines de réparation nécessaires à la réparation du dégât. Les mesures de vitesses de réaction ont permis de constater que Mfd agit particulièrement lentement sur l'ARN polymérase : elle fait bouger la polymérase en une vingtaine de secondes. De plus, Mfd déplace bien l'ARN polymérase bloquée mais  reste elle-même ensuite associée à l'ADN pendant des temps longs (de l'ordre de cinq minutes), lui permettant de coordonner l'arrivée d'autres protéines de réparation au site lésé.

Si les chercheurs ont expliqué comment ce système parvient à une fiabilité de presque 100%, une meilleure compréhension de ces processus de réparation est par ailleurs essentielle pour savoir comment apparaissent les cancers et comment ils deviennent résistants aux chimiothérapies.

DOCUMENT              CNRS           LIEN

L'OREILLE  ABSOLUE

FICHIER  A  TELECHARGER

DOCUMENT            CNRS            LIEN

Territoires vasculaires du cerveau : une configuration inattendue

Le réseau vasculaire du cortex cérébral est bien plus robuste que ce que l'on pensait. C'est ce que viennent de montrer des chercheurs de l'Institut de mécanique des fluides de Toulouse (CNRS/INP Toulouse/Université Toulouse III - Paul Sabatier) et du Centre de recherche cerveau et cognition (CNRS/Université Toulouse III - Paul Sabatier), qui ont analysé dans les détails l'organisation structurale et fonctionnelle des réseaux artério-veineux assurant la microcirculation cérébrale. Ces travaux ont été publiés dans la revue NeuroImage.

La robustesse de ces unités vasculaires remet en question l'idée pessimiste d'un goulot d'étranglement qui affecterait la micro-circulation cérébrale. Pris dans leur ensemble, ces travaux introduisent de façon originale, au vu du rôle primordial et limitant des artérioles pénétrantes, la possibilité d'une suppléance étendue de perfusion et de drainage par les capillaires sanguins à l'intérieur du tissu cérébral.

Paris, 20 janvier 2010

Un transistor organique ouvre la voie à de nouvelles générations de calculateurs neuro-inspirés
Pour la première fois, des chercheurs du CNRS(1) et du CEA(2) ont mis au point un transistor mimant à lui seul les fonctionnalités principales d'une synapse(3). Ce transistor organique réalisé à base de pentacène(4) et de nanoparticules d'or, nommé NOMFET (Nanoparticle-Organic Memory transistor), ouvre la voie à de nouvelles générations de calculateurs neuro-inspirés, capables de répondre de façon similaire au système nerveux. L'étude est publiée le 22 janvier 2010 dans la revue Advanced Functional Materials.
Dans le développement de nouvelles stratégies pour le traitement de l'information, une approche consiste à mimer le fonctionnement des systèmes biologiques, tels que les réseaux de neurones, pour réaliser des circuits électroniques aux capacités nouvelles. Dans le système nerveux, la synapse est la jonction entre deux neurones. Elle permet la transmission des messages électriques d'un neurone à l'autre et l'adaptation du message en fonction de la nature du signal entrant (plasticité). Par exemple, si la synapse reçoit des pulsions très rapprochées de signaux entrants, elle transmettra un potentiel d'action plus intense. Inversement, si les pulsions sont distantes, ce dernier sera plus faible.

C'est cette plasticité que les chercheurs ont réussi à mimer avec le transistor NOMFET.
Le transistor, élément de base d'un circuit électronique, peut être utilisé comme simple interrupteur – il peut alors transmettre ou non un signal – ou offrir de nombreuses fonctionnalités (amplification, modulation, codage...).

L'innovation du NOMFET réside dans la combinaison originale d'un transistor organique et de nanoparticules d'or. Ces nanoparticules encapsulées, fixées dans le canal du transistor et recouvertes de pentacène possèdent un effet mémoire leur permettant de mimer le fonctionnement d'une synapse lors de la transmission des potentiels d'action entre deux neurones. Cette propriété confère ainsi au composant électronique la capacité d'évoluer en fonction du système dans lequel il est placé. La performance est à comparer aux sept transistors CMOS (a minima) nécessaires jusqu'alors pour mimer cette plasticité.
Les dispositifs réalisés ont été optimisés jusqu'à des tailles nanométriques afin de pouvoir les intégrer à grande échelle. Les calculateurs neuro-inspirés ainsi réalisés sont capables de fonctions comparables à celles de notre cerveau.

Contrairement aux calculateurs en silicium utilisés en abondance dans les ordinateurs pour le calcul intensif, les calculateurs neuro-inspirés peuvent résoudre des problématiques beaucoup plus complexes comme la reconnaissance visuelle.

Notes :
(1) Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (CNRS / Université Lille1 / Université de Valenciennes / Isen Recherche)
(2) Institut CEA LIST, dédié à la recherche technologique sur les systèmes numériques
(3) La synapse désigne une zone de contact fonctionnelle qui s'établit entre deux neurones, ou entre un neurone et une autre cellule. Elle assure la conversion d'un potentiel d'action déclenché dans le neurone précédant la cellule qui transmet ce signal pour exercer une fonction.
(4) Composé chimique (C22H14) de la famille des hydrocarbures aromatiques polycycliques, formé de cinq noyaux benzéniques fusionnés linéairement. Sa structure conjuguée étendue et sa structure cristalline en font un bon semi-conducteur organique, de type p (donneur d'électrons).

Références :
An Organic Nanoparticle Transistor Behaving as a Biological Spiking Synapse. Fabien Alibart, Stéphane Pleutin, David Guérin, Christophe Novembre, Stéphane Lenfant, Kamal Lmimouni, Christian Gamrat et Dominique Vuillaume. Advanced Functional Materials. 22 janvier 2010.

DOCUMENT         CNRS          LIEN