Catégorie d'actualités : Publications marquantes

Impact de l’oxygène sur les défenses antioxydantes de notre peau : un nouveau modèle 3D d’épiderme plus physiologique

Les modèles 3D in vitro de peau, plus ou moins complexes, sont tous développés dans les conditions d’oxygène de l’air ambiant, soit 18 à 20% et sont largement utilisés pour étudier les mécanismes régissant les fonctions cutanées ou pour le criblage de nombreuses molécules à visée pharmaceutique ou cosmétique. Pourtant, dans la peau, le taux d’oxygène physiologique est beaucoup plus bas, notamment dans la couche basale de l’épiderme où il descend entre 1 et 3%. En culture in vitro, les cellules cutanées se trouvent donc en hyperoxie. Ces modèles sont-ils représentatifs de l’état physiologique de notre peau ?

Pour étudier cela, des chercheurs de l’équipe « Biologie cutanée et microenvironnement » ont développé des nouveaux modèles in vitro, 2D et 3D, dans les conditions d’oxygène du microenvironnement physiologique cutané. Ils ont montré que le taux d’oxygène influe sur la prolifération des kératinocytes ce qui conduit à des différences morphologiques dans les épidermes reconstruits. Le taux d’oxygène étant important dans la production de radicaux libres, molécules accélérant le vieillissement cutané, les chercheurs ont étudié les défenses antioxydantes des cellules dans ces cultures. Ils ont ainsi montré que l’activité antioxydante était accrue en condition physiologique, soit par une surexpression, soit par une suractivation des enzymes.

Ce travail montre que le taux d’oxygène contrôle les défenses antioxydantes des cellules de la peau et qu’il est important de tenir compte de ce paramètre pour reproduire au mieux les conditions physiologiques.

Improvement of Antioxidant Defences in Keratinocytes Grown in Physioxia: Comparison of 2D and 3D Models.
Chettouh-Hammas N, Fasani F, Boileau A, Gosset D, Busco G, Grillon C. Oxid Med Cell Longev. 2023 Jun 17;2023:6829931.
doi : https://doi.org/10.1155/2023/6829931

Structural insights into the SUMOylation reaction

SUMOylation and ubiquitylation are related protein modifications where small proteins (SUMO or ubiquitin) become covalently attached to protein substrates to regulate their function. Both these protein modifications are essential for viability and are strongly implicated in human disease, but SUMOylation remains less studied than ubiquitylation. A key step in both SUMOylation and ubiquitylation reactions is the formation of a reactive thioester molecule in which SUMO or ubiquitin becomes linked to a cysteine residue on proteins called E2. It is from there that SUMO/ubiquitin is transferred onto the final protein substrate. In the study just published in Journal of Biological Chemistry, the researchers from the CBM used site-directed mutagenesis to create a version of the human E2-SUMO thioester that – unlike the native reactive thioester – is chemically stable and can be studied with structural biology methods. The crystal structure of this molecule revealed potential regulatory mechanisms for the SUMOylation process. The mutagenesis approach was inspired by a method developed for the yeast SUMOylation pathway by the group of Chris Lima.

The article, authored by the CBM engineer Stéphane Goffinont and other members of the team “Protein Post-Translational Modifications and DNA Repair: Structure, Function, and Dynamics”, is the first publication from the project “SUMOwriteNread”. The project is led by the CBM researcher Marcin J. Suskiewicz and funded by the Horizon Europe programme of the European Union (European Research Council Starting Grant no 101078837).

Stéphane Goffinont, Franck Coste, Pierre Prieu-Serandon, Lucija Mance, Virginie Gaudon, Norbert Garnier, Bertrand Castaing and Marcin Józef Suskiewicz
Structural insights into the regulation of the human E2∼SUMO conjugate through analysis of its stable mimetic.
Journal of Biological Chemistry, Volume 299, Issue 7, 2023, 104870 - https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021925823018987

Combining computers and experiments to study the domain composition and function of the PARP protein family

Prediction of protein structure with the artificial intelligence (AI)-powered program AlphaFold2 – hailed by the Science magazine, the biggest scientific breakthrough in 2021 – has rapidly revolutionised protein science. Trained on a large dataset of experimentally determined protein structures, AlphaFold2 can generate a model of a protein’s three-dimensional (tertiary) structure given its amino-acid sequence (primary structure). AlphaFold2 models are highly reliable, thus offering a good basis for understanding the function of proteins whose experimental structure is not available or is not complete.

In the present article, published in the journal Nucleic Acids Research, a collaborative team composed of researchers from Orléans, Oxford, and Cambridge, carefully examined AlphaFold2 models of an important group of proteins called the PARP protein family, which includes 17 proteins in human. These proteins regulate DNA repair and many other cellular pathways by catalysing a protein post-translational modification called protein (ADP-ribosyl)ation. The analysis of AlphaFold2 models allowed annotating all protein domains in this family, several of which have not been annotated before. This analysis served as a starting point for various accompanying experiments which validated some of the insights gained from the predicted models. Featuring an accessible introduction into the new computational approaches, the study can serve as a blueprint for scientists studying other protein families.

Two of the CBM members involved in the study are Marcin J. Suskiewicz and Stéphane Goffinont, both from the group “Protein Post-Translational Modifications: Structure, Function, and Dynamics”. This work is linked to a grant from Ligue contre le Cancer CSIRGO 2023.

References :
Marcin J Suskiewicz and others, Updated protein domain annotation of the PARP protein family sheds new light on biological function, Nucleic Acids Research, 2023;, gkad514,
https://doi.org/10.1093/nar/gkad514

Des matériaux vraiment vivants ?

Caractérisation physiologique de la vie dans des matériaux polymères contenant des cellules eucaryotes vivantes par microscopie confocale en cellule unique.

L'Institut de Chimie du CNRS a signalé cette recherche remarquable sur son site. Voir l'article

Les « Engineered Living Materials » (ELMs) sont constitués de cellules vivantes associées à des matériaux polymères mimant les conditions du vivant. Les ELMs sont des systèmes originaux ayant des applications médicales ou environnementales (délivrance de médicaments, régénération tissulaire ou osseuse, métrologie). Ils doivent être biocompatibles, i.e. permettre aux cellules de rester vivantes et actives. La physiologie des cellules dans les ELMs reste peu étudiée et en limite l’utilisation.

Des chercheurs de l'équipe "Signalisation cellulaire et neurofibromtose" ont élaboré des ELMs en associant des levures Saccharomyces cerevisiae à l’hydrogel Pluronic F-127. Ils ont modifié génétiquement des levures en leur intégrant un gène fluorescent dont l’expression est corrélée à un critère physiologique : concentration en ATP (métabolisme), pH intracellulaire (état de croissance), morphologie… Ces biocapteurs ainsi créés sont fonctionnels et permettent d’évaluer l’état physiologique des levures directement in situ par microscopie confocale à l’échelle de la cellule unique. Ils constituent un système facilement transposable en les associant à d’autres matériaux pour évaluer leur biocompatibilité.

Par ailleurs, les chercheurs ont associé à l’hydrogel F-127 le biocapteur qu'ils ont récemment développé et qui permet de détecter et de quantifier la présence de cuivre dans une solution. Ce biocapteur reste totalement fonctionnel. L’intérêt de cette association est que l’hydrogel joue un rôle protecteur contre les contaminations et apporte les nutriments aux levures. Ce travail fait la preuve de concept que l’association de l’hydrogel F-127 à des levures génétiquement modifiées constitue un ELM prometteur pour développer des biocapteurs robustes à base de cellules entières vivantes permettant la détection et la quantification de cuivre sur des prélèvements de terrain.

Bojan Žunar B., Ito T., Mosrin C., Sugahara Y., Bénédetti H., Guégan R. and Vallée B.
Confocal imaging of biomarkers at a single-cell resolution: quantifying 'living' in 3D-printable engineered living material based on Pluronic F-127 and yeast Saccharomyces cerevisiae.
Biomater Res 26, 85 (2022). https://doi.org/10.1186/s40824-022-00337-8

Dynamique du recrutement de l’enzyme de réparation de l’ADN OGG1 à la chromatine endommagée suite à un stress oxydant

Nos cellules sont constamment exposées aux espèces réactives de l’oxygène qui peuvent induire des lésions sur l’ADN et compromettre ainsi la stabilité des génomes nucléaire et mitochondrial et sont à l’origine de plusieurs maladies humaines telles que le cancer ou les maladies neurodégénératives.

L'ADN glycosylase OGG1 supervise la détection et l'élimination de la 7,8-dihydro-8-oxoguanine (8-oxoG), qui est une des bases oxydées la plus fréquemment induite par le stress oxydant. Cette lésion très mutagène a peu d’effet sur la structure native de l’ADN et sa détection nécessite une inspection minutieuse des bases par OGG1 via un mécanisme qui n'est que partiellement compris.

Des chercheurs du CBM, en collaboration avec les équipes de Sébastien Huet (IGDR, Université de Rennes) et d’Anna Campalans (IRCM, CEA-Fontenay-aux-Roses), ont caractérisé ce processus grâce à une complémentarité d’approches allant de l’analyse biochimique de l’interaction entre OGG1 et l’ADN à l’imagerie de cellules vivantes exprimant OGG1 marqué par fluorescence. Les données obtenues mettent en évidence le rôle essentiel de résidus conservés d’OGG1 contactant la 8-oxoG ou le brin d’ADN adjacent, dans le processus de détection et d’accumulation des lésions. La dynamique d'OGG1 a été suivie dans le noyau de cellules humaines en situation basale et après l’induction de la 8-oxoG par micro-irradiation laser. Il a été observé que OGG1 échantillonne constamment l'ADN en alternant rapidement entre la diffusion dans le nucléoplasme et de courts transits sur l'ADN. Le processus d'échantillonnage est étroitement régulé par le résidu conservé G245 qui est crucial pour le recrutement rapide d'OGG1 sur les lésions oxydatives induites par micro-irradiation laser. De plus, les résidus Y203, N149 et N150, impliqués dans les premiers stades de la recherche de la 8-oxoG, régulent de façon différentielle l’identification de la lésion et le recrutement de la protéine de réparation sur les lésions oxydatives.

Ostiane D’Augustin, Virginie Gaudon, Capucine Siberchicot, Rebecca Smith, Catherine Chapuis, Jordane Depagne, Xavier Veaute, Didier Busso, Anne-Marie Di Guilmi, Bertrand Castaing, J Pablo Radicella, Anna Campalans, Sébastien Huet
Identification of key residues of the DNA glycosylase OGG1 controlling efficient DNA sampling and recruitment to oxidized bases in living cells
Nucleic Acids Research, 2023;, gkad243, https://doi.org/10.1093/nar/gkad243

Contact : bertrand.castaing@cnrs-orleans.fr

Le Chardon Marie, un extrait de plante aux vertus médicinales prometteuses pour la prise en charge « naturelle » du psoriasis

Face à l’efficacité mitigée et la toxicité des traitements médicamenteux contre le psoriasis de nouvelles stratégies thérapeutiques sont nécessaires.

Des chercheurs du CBM ont mis au point une stratégie de criblage de plantes médicinales, basée sur l’activation de la voie de signalisation dépendante du TGFb et du microARN-21, dans les cellules de l’épiderme. Cet axe de régulation est essentiel au maintien de l’intégrité de la peau et joue un rôle clé dans l’étape de réépithélialisation ou de remodelage cutané.

Grâce à ce criblage fonctionnel, 3 extraits de plantes ont été identifiés dont la Silymarine, un mélange de 8 flavonolignanes extrait de la plante Chardon Marie. Le séquençage à haut débit du transcriptome (RNA-seq) des kératinocytes a permis de mettre en évidence trois signatures moléculaires majeures associées à la différenciation, le cycle cellulaire et au métabolisme des lipides.

Les études mécanistiques ont révélé que la Silymarine bloque le cycle cellulaire et la différenciation des kératinocytes via l’inhibition de l’expression de Notch3, active la synthèse des lipides en stimulant l’activité transcriptionnelle de PPARγ et inhibe les réponses inflammatoires en bloquant l’activité transcriptionnelle de NF-ƙB. L'application topique de la silymarine sur des peaux de souris mimant le psoriasis s’est avérée suffisante pour atténuer le développement de lésions psoriasiformes en corrigeant l'expression altérée des marqueurs inflammatoires et ceux impliqués dans la différenciation et le métabolisme des lipides des keratinocytes.

Cet extrait de plante pourrait par conséquent représenter une alternative prometteuse « naturelle » aux traitements pharmacologiques actuels pour la prise en charge du psoriasis.


Elodie Henriet,Florence Abdallah, Yoan Laurent, Cyril Guimpied, Emily Clement, Michel Simon, Chantal Pichon and Patrick BarilTargeting TGF-β1/miR-21 Pathway in Keratinocytes Reveals Protective Effects of Silymarin on Imiquimod-Induced Psoriasis Mouse ModelVolume 3, ISSUE 3, 100175, May 2023 - DOI:https://doi.org/10.1016/j.xjidi.2022.100175

Travaux réalisés dans le cadre du projet « ValBioCosm » financé par le programme Cosmétosciences ARD 2021 (Ambition Recherche et Développement).

Vingt-sept recommandations de l’ANSES

J.-M. Bonmatin est un des 8 rédacteurs du groupe de travail du Conseil Scientifique de l’ANSES ayant travaillé sur la crédibilité de l’expertise scientifique de l’agence.

Ce rapport de 134 pages, intitulé « Crédibilité de l’expertise scientifique : enjeux et recommandations », est accessible sur https://www.anses.fr/fr/system/files/AVIS-et-RAPPORT-CS-GT-Credibilite-de-lexpertise.pdf.

Vingt-sept recommandations fortes sont issues de ce rapport pour améliorer la crédibilité de l’Anses dans un contexte particulièrement sensible, comme par exemple pour les pesticides. Ces recommandations sont une base de progrès indispensable et fournissent aussi une stratégie d’amélioration pour l’intégration des OGM dans les compétences futures de l’Anses.

L’Anses a fait valoir son point de vue dans une note de positionnement consultable sur https://www.anses.fr/fr/content/note-anses-sur-avis-cs-credibilite-de-lexpertise.

Dans les média : Le Monde, France Info, Libération, L’Express, Le Quotidien du Médecin, etc.