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Génétique

Des chercheurs de l'université de Tel-Aviv découvrent de nouvelles lois de l'hérédité

Le Dr. Oded Rechavi du Département de microbiologie et de l'Ecole des neurosciences de l'Université de Tel-Aviv et son étudiante Léa Houri Zeevi ont découvert un mécanisme qui régule l'hérédité épigénétique, liée aux conditions environnementales (climat, alimentation, stress…) et transmise sans mutation de l'ADN, et le moyen de l'activer ou de la désactiver au fil des générations. Selon les chercheurs, les résultats de l'étude, récemment publiée dans l'importante revue Cell, sont susceptibles de conduire au réexamen de l'ensemble du processus de l'hérédité.

« Les créatures vivantes réagissent à leur environnement par des changements dans l'activité des gènes, dits 'épigénétiques', qui n'impliquent pas de modifications des séquences d'ADN » explique le Dr. Rehavi. « Contrairement aux modifications génétiques qui sont permanentes, les changements épigénétiques sont plastiques et dynamiques. Ainsi, par exemple, en réponse aux défis environnementaux, les petites molécules d'ARN peuvent bloquer l'expression de gènes spécifiques dans l'ADN pendant la durée de vie d'un individu. La plupart de ces réactions épigénétiques sont effacées des gamètes, par un processus appelé reprogrammation. Cet effacement de la mémoire épigénétique explique par exemple que notre entrainement en salle de sport n'implique pas que nos enfants seront plus forts ».

La transmission héréditaire des caractères acquis

Cinquante ans avant Darwin, Jean-Baptiste Lamarck avait déjà formulé une théorie de l'évolution selon laquelle les réactions à l'environnement pouvaient se transmettre de génération en génération. Il pensait par exemple que les girafes avaient un long cou parce que leurs ancêtres avaient tendu la tête pour atteindre les feuilles élevées des arbres, efforts qui selon lui auraient ont porté leurs fruits chez leurs descendants nés avec un cou allongé. Bien que cette vision simpliste ait été scientifiquement démentie, les découvertes de ces dernières années suggèrent bien l'existence d'une hérédité épigénétique qui passe par le transfert de génération en génération de molécules dites "petits ARN".

Oded-RechaviLes études réalisées dans le laboratoire du Dr. Rechavi ont démontré dans le passé que les vers léguaient à leur progéniture de telles molécules, contenant des informations sur leur environnement, notamment  sur les infections virales et leur état nutritionnel, aidant ainsi au développement de la capacité de survie de leur prochaine génération. L'équipe du Dr. Rechavi a également été la première à montrer que des enzymes spécifiques, nommés RdRPs permettent la copie et l'amplification des petites molécules d'ARN chez les descendants, de sorte que la réaction épigénétique ne soit pas "oubliée", mais se reproduise au fil des générations.

Cependant on ne savait pas jusqu'à présent pourquoi la majorité des réactions épigénétique ne se produisent que sur un nombre limité de générations, généralement trois à cinq. On supposait qu'elles étaient tout simplement détruites au fil du temps par un processus de dilution. La nouvelle étude du Dr. Rechavi et de son équipe montre qu'il existe des lois qui dictent quelles réactions épigénétiques seront "mémorisées", et lesquelles seront «oubliées» par les descendants, et pour combien de générations.

Remettre à zéro le chronomètre de l'hérédité

« Nous avons découvert un processus actif, un mécanisme d'hérédité épigénétique que l'on peut activer ou désactiver », explique Léa Houri-Zeevi. « Nous décrivons un processus d'interaction entre les petites molécules d'ARN qui régulent l'expression des gènes et sont transmises par hérédité, et les gènes nécessaires pour les produire et les transmettre. Cette interaction détermine la transmission ou non de la mémoire épigénétique par l'hérédité, et pour combien de générations. Une fois que ces gènes -que nous avons appelés Motek, abréviation de gènes transgénérationnels cinétiques épigénétiques modifiés - sont isolés, nous pouvons en fait influencer la durée de l'héritage épigénétique».

Les chercheurs ont constaté qu'en initiant artificiellement une réaction épigénétique chez les vers, c'est-à-dire en contrôlant chez eux l'action d'un gène spécifique, on remettait à zéro le "chronomètre" du mécanisme d'hérédité épigénétique, de sorte que les réactions épigénétiques autorisées n'étaient pas oubliées par les générations suivantes. En activant ce mécanisme de manière répétée, et en utilisant un groupe de gènes Motek fabriqué, ils ont été en mesure de doubler le nombre de générations influencées par la réaction épigénétique des parents.

L'équipe de Dr. Réchavi examine à présent ces mécanismes chez d'autres espèces. « Il est possible que l'héritage épigénétique chez les humains soit régie par des lois semblables; le temps nous le dira », commente-t-il. "Auquel cas c'est tout le processus de l'hérédité qu'il faudra réexaminer ». Par exemple, il est possible que le diagnostic génétique de diverses maladies chez les groupes à risque doive inclure non seulement une analyse génomique, à savoir des séquences d'ADN, mais aussi celle des molécules d'ARN concernées. « Il s'agirait d'une bonne nouvelle, car la présente recherche nous suggère déjà les moyens par lesquels il sera possible d'inhiber ou de stimuler l'hérédité épigénétique au fil des générations  ».

 

Les recherches du Prof. Oded Rechavi sont subventionnées par la Fondation ADELIS.

 

Cet article a été publié sur Siliconwadi sous le titre: "Découverte israélienne de nouvelles lois de l'hérédité"

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Cartographier l'ADN du blé pour améliorer l’approvisionnement alimentaire mondial

Une équipe internationale de chercheurs sous la direction du Dr. Assaf Distelfeld de la Faculté des Sciences de la vie de l’Université de Tel-Aviv, en collaboration avec la start-up israélienne NRGene, a entrepris de décoder le génome de l'amidonnier sauvage, ancêtre de la plupart des variétés de blé cultivé, dans le but d’améliorer l’approvisionnement alimentaire mondial.

Une-solution-israélienne-contre-la-malnutrition-mondiale 1« Le séquençage du génome d’une plante permet de relier ses données génétiques et ses performances sur le terrain. C’est une ressource très importante qui nous aide à mieux adapter les graines à leur environnement afin d’améliorer leur rendement, leur qualité, leur valeur nutritionnelle et leur résistance aux maladies » explique le Dr. Distelfeld, spécialiste renommé de la génétique et de l’amélioration des plantes cultivées, en particulier du blé. « Le séquençage du génome du blé sauvage, qui grandit spontanément dans la région, fera progresser la recherche sur le blé et facilitera l'identification génétique nécessaire pour poursuivre son amélioration ».

Quatre fois le génome humain

L'assemblage du génome sera réalisé par la startup israélienne NRGene, spécialisée dans l’analyse des Big Data génomique pour l'amélioration de la performance des plantes cultivées, qui a mis au point un assembleur de génome ayant la capacité de réunir les génomes les plus complexes d’une manière particulièrement rapide et précise (DeNovoMAGICTM). La recombinaison génétique se fera au moyen de la carte génétique ultra-dense développée en collaboration entre la startup et le laboratoire du Dr. Distelfeld au Département de biologie moléculaire et d'écologie des plantes de l’Université de Tel-Aviv, spécialisé dans  l'amélioration du rendement et de la qualité des plantes cultivées, notamment du blé. Le projet devrait être achevé en environ six mois, malgré le défi de calcul représenté par la taille énorme du génome de l’amidonnier sauvage : 12 Go, ce qui représente l’équivalent d’environ 54 000 livres de 200 pages, ou de 30 fois le génome du riz, ou encore de quatre fois le génome humain.

DistelfeldSelon les chercheurs, le projet présente une grande importance sur le plan international. « L'amidonnier sauvage a été découvert par Aaron Aaronsohn à Rosh Pina en 1906. Maintenant, il est sur le point de fournir des données génétiques qui pourront considérablement améliorer l'approvisionnement alimentaire mondial » déclare le Dr. Gil Ronen, CEO de NRGene. « Israël occupe depuis longtemps une place de leader dans le développement agricole mondial, depuis la mise au point du système d'irrigation au goutte à goutte jusqu’à la création de certaines variétés de produits les plus robustes, les plus saines et plus savoureuses de la planète. Avec ce projet, nous dévoilons les secrets de notre succès et nous les partageons avec le monde »

Participent également au projet des chercheurs représentant les principales universités en Israël : l'Université hébraïque de Jérusalem, l'Institut Weizmann des Sciences, l’Université de Haïfa, l'Université Ben Gourion, et l'Institut Volcani de recherche agricole, ainsi que l’Université Sabanci en Turquie et l’Institut Leibniz de génétique végétale et de recherche cultures végétales en Allemagne (IPK).

 

http://siliconwadi.fr/17329/une-solution-israelienne-contre-la-malnutrition-mondiale

Cet article a été publié sur http://siliconwadi.fr/ sous le titre: "Une solution israélienne contre la malnutrition mondiale"

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Une étude génétique révèle les origines de la communauté druze

Le Prof. Eitan Friedman de l'Université de Tel-Aviv et du Centre médical Chaim Sheba de Tel Hashomer a participé à une étude internationale pionnière en son genre confirmant l'histoire de la communauté druze: sa formation génétique remonte au 11ème siècle, et elle n’a depuis subi l’impact génétique d’aucun autre groupe ethnique. Le patrimoine génétique des Druzes est donc bien en corrélation avec les croyances de la communauté à l’égard de ses origines.

L’étude, dirigée par le Prof. Gil Atzmon du Département de biologie humaine de l'Université de Haïfa, avec la participation  du Prof. Jamal Zidan de l’Université de Bar Ilan, du Dr. Dan Ben-Avraham de l’Albert Einstein College of Medicine de New-York, du Dr. Shai Carmi de l’Université de Columbia à New York, et du Dr Taiseer Maray de l'organisation Golan pour le développement, a été publiée dans la revue European Journal of Human Genetics – Nature.

Un patrimoine génétique inchangé

Les Druzes font remonter l’origine de leur communauté à un schisme religieux au 11ème siècle sous le sixième calife de la dynastie fatimide d'Egypte. Il y a actuellement 1,5 millions de Druzes à travers le monde, résidant principalement en Syrie et au Liban, en Jordanie et en Israël (environ 118 000). Selon la tradition, ils se marient uniquement à l’intérieur de leur communauté. L’équipe internationale de chercheurs avait pour but d’examiner si les Druzes d'aujourd'hui ont un patrimoine génétique similaire et le cas échéant, quand ce réservoir génique a commencé à prendre forme.

L'étude a inclus 120 participants appartenant à quarante familles, dont vingt originaires du village de Beit Jan situé en Haute Galilée et les autres de Majdal Shams, sur le plateau du Golan. Les familles ont été sélectionnées en fonction de l'origine de leurs familles élargies (clans), de leurs noms de famille et de l'information transmise oralement de génération en génération. La mère, le père et le fils de chaque famille ont été génétiquement testés. Toutes les familles qui ont participé à l'étude provenaient de clans différents afin que l'échantillon soit représentatif ; en ont été exclus les personnes possédant des relations familiales de premier ou deuxième degré avec les autres participants à l’échantillon, de manière à optimiser la précision génétique de l’étude.

Quelques centaines de familles fondatrices au 11e siècle

Les résultats indiquent que les Druzes partagent  en effet un degré élevé de  similarité génétique qui les distingue sensiblement des membres des autres groupes et communautés du Moyen-Orient. En remontant dans le temps pour découvrir la source de cette similitude génétique, les chercheurs ont pu revenir 22 à 47 générations en arrière (suivant les différentes d'opinion sur la durée d'une génération), au 11e siècle. A ce moment-là, ils ont constaté un «goulot d'étranglement» génétique, c'est-à-dire que l'origine génétique de la plupart des descendants a pris fin, la population de la communauté a diminué et les individus sont devenus semblables génétiquement. Selon les chercheurs, les ancêtres de la communauté se limitent à plusieurs centaines de familles fondatrices au 11e siècle. Ils ont également constaté qu'il n'y a aucune trace de nouveaux gènes qui soient entrés dans le patrimoine génétique druze au cours des 1000 dernières années. En d'autres termes, aucun groupe supplémentaire de l'extérieur n’a rejoint cette communauté. En outre, les chercheurs ont trouvé des preuves de différences génétiques entre les populations druzes des différentes régions: Liban, hauteurs du Golan, Haute Galilée et Mont Carmel, ceci renforçant la preuve que les mariages de la communauté ont lieu uniquement à l’intérieur de chaque clan.

Identifier les maladies génétiques

Eitan FriedmanAutre constatation intéressante : en remontant encore plus loin dans le temps, les chercheurs ont découvert un groupe génétique formant la base des ancêtres de la communauté druze, apparu 500 années avant le début de la religion druze, autour du 6ème siècle et au moment de la naissance de l'Islam.

Selon cette étude, le génome druze est en grande partie similaire au génome d'autres populations arabes du Moyen-Orient. Les chercheurs ont également trouvé certains éléments génétiques dans le génome druze en provenance d'Europe, d'Asie centrale et d’Asie du Sud (de la région de l’Iran) et en Afrique.

« Notre prochaine étape est d'essayer d'identifier la composante génétique des maladies courantes de cette communauté, en particulier des maladies à base génétique, comme le cancer et le diabète en s’aidant de la structure de la famille traditionnelle. Nous prévoyons également à l'avenir des études similaires des populations musulmanes et chrétiennes d’Israël » a conclu le Prof. Friedman.

 

Sur la photo : rassemblement des membres de la communauté druze lors des funérailles de l’officier de police israélien druze Zidan Saif dans le village de Yanuh-Jat au nord d’Israël le 19 novembre 2014.

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Résoudre le mystère d’une maladie rare grâce au financement par Internet

Des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv ont réussi à identifier une nouvelle mutation génétique à la source d'une maladie rare chez une fillette de trois ans en finançant leur recherche grâce à une plateforme de financement participatif sur Internet.

Le doctorant Ofer Isakov sous la direction du Dr. Noam Shomron de la Faculté de médecine de l’Université de Tel-Aviv en collaboration avec le Dr. Dorit Lev et le Dr. Esther Lishinsky du Centre médical Wolfson, ont réussi à découvrir une nouvelle mutation provoquant un retard mental et de graves difficultés de développement chez les enfants en séquençant l'ADN d'une fillette de trois ans et de sa famille, grâce aux contributions de donateurs individuels sur la toile.

L’étude a été publiée récemment dans la revue Journal of Genetics and Genomics.

Une solution simple et efficace pour les familles

qui ne disposent pas de sources de financement privées

Les maladies rares - celles qui touchent moins de 200 000 personnes dans le monde, sont souvent identifiées à un âge précoce. Environ 30 pour cent des enfants touchés par ces "maladies orphelines" ne dépassent pas l’âge de cinq ans. Malheureusement, le coût de l'identification de leur source et de leur progression reste prohibitif pour de nombreuses familles.

noams 1Mais l’ère de l’Internet leur apporte un espoir. En l’occurrence il s’agissait d'une fillette de trois ans, présentant des mouvements involontaires des yeux, une tête de petite taille, des contractions musculaires involontaires, un retard de développement, et un état  neurologique en déclin progressif. Elle avait un frère en bonne santé et la famille ne présentait pas d'histoire récente de troubles neurologiques. Ses fonctions motrices ont dégénéré à partir de l’âge de 4 mois. À l'âge de deux ans et 9 mois, elle ne pouvait ni s’asseoir ni se tenir debout ni marcher sans aide, et était de plus incapable de produire des mots. Les tests médicaux n’ont pas donné de réponses. Les parents se sont alors tournés vers le séquençage génétique dans un dernier espoir de trouver une réponse.

Or le séquençage de l’exome (petite partie du génome qui contient presque toutes les mutations mises en causes dans les mutations génétiques) revient à environ 1500 $ par personne, et l'ADN des parents devant également être séquencé, le prix du projet atteignait donc $ 4,500. En raison du coût élevé, le Dr. Shomron a songé à réunir les fonds nécessaires auprès de donateurs individuels sur Internet. La plate-forme utilisée a été celle du Rare Genomics Institute, spécialisé dans ce genre de collecte de fonds aux États-Unis. Le Dr. Shomron a ouvert une branche israélienne de cette plateforme.

La pièce manquante du puzzle génétique

« Notre projet a atteint son objectif financier de 5000 $ en 50 jours » dit-il. Nous sommes heureux, c’est le moins qu’on puisse dire pour dire le moins. Le financement participatif est une solution simple et efficace pour les familles atteintes de maladies génétiques rares qui ne disposent pas de sources de financement privées ou extérieures ».

«Les parents se tournent généralement vers l'analyse génétique lorsqu’ils ne voient plus d’autres possibilités » poursuit Dr. Shomron. « Ils veulent désespérément comprendre pourquoi leurs enfants sont malades, et la communauté médicale ne parvient pas à identifier la source de la souffrance. L’analyse du génome permet de localiser, cartographier et analyser les mutations impliquées dans le déclenchement de certaines maladies rares ». Le financement participatif, quant à lui, fournit les moyens pour les patients économiquement défavorisés de poursuivre un diagnostic génétique coûteux de leur maladie.

« A quoi sert ce savoir ? C’est la pièce manquante du puzzle génétique » explique le Dr. Shomron. « Elle permet d’éliminer toutes les autres maladies pouvant causer la mort à un âge précoce et aux parents de se connecter avec des familles ayant des problèmes ou des mutations similaires pour construire un réseau de soutien à vie. Les parents peuvent de plus rentrer en contact avec les scientifiques spécialistes afin des se tenir au courant des progrès réalisés dans le domaine. Dans certains cas, un changement de mode de vie, un traitement médicamenteux, et une physiothérapie adapter peuvent aider l’enfant. Enfin, à partir du moment où ils connaissent la mutation génétique à surveiller, ils peuvent essayer d’avoir d'autres enfants. Et en connaissant l'ADN d'un enfant, vous débloquez aussi un secret de famille qui peut éventuellement avoir des répercussions sur les cousins, frères et sœurs, etc. La question qui se pose alors est: qui d'autre est porteur de ce gène dans la famille ? »

Le Prof. Shomron poursuit actuellement ses recherches pour aider d'autres familles aux prises avec des maladies rares.

 

http://siliconwadi.fr/17058/resoudre-le-mystere-dune-maladie-rare-grace-au-crowdfunding

Cet article a été publié sur http://siliconwadi.fr/ le 19.2.2015 sous le titre : « Résoudre le mystère d’une maladie rare grâce au crowdfunding »

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un algorithme pour arrêter le processus de vieillissement

Keren Yizhak, étudiante en doctorat dans le laboratoire de biologie computationnelle du professeur Eytan Ruppin à l'école d'Informatique de l'Université de Tel-Aviv et ses collègues de l’Université de Bar-Ilan ont mis au point un algorithme informatique identifiant quels gènes peuvent être "désactivés" pour créer le même effet anti-âge qu’une restriction calorique, l’un des rares moyens éprouvé connu jusqu’à présent pour lutter contre le vieillissement.

Les résultats, publiés dans la revue Nature Communications, pourraient conduire au développement de nouveaux médicaments pour traiter le vieillissement.

« La plupart des algorithmes utilisés en bioinformatique tentent de trouver des cibles de médicaments qui tuent les cellules, pour traiter le cancer ou les infections bactériennes par exemple», explique Keren Yizhak. « Notre algorithme est le premier dans notre domaine à rechercher une cible médicamenteuse non pas pour tuer des cellules, mais pour les transformer d'un état ​​pathologique en un corps sain ».

Eytan RuppinLe laboratoire du Prof. Ruppin est en tête de file dans le domaine de plus en plus développé de la modélisation métabolique à l’échelle du génome, branche qui a pour but de décrire le métabolisme des cellules vivantes à l’aide d’équations mathématiques sous forme de différents modèles numérisés qui servent de laboratoires numériques. L'algorithme développé par Keren Yizhak et son équipe, appelé « algorithme de transformation métabolique» ou MTA, peut relever des informations sur les deux états métaboliques, ‘pathologique’ et ‘sain’, et prévoir les changements environnementaux ou génétiques nécessaires pour passer de l’un à l’autre.

'Prédire' les gènes du vieillissement

Utilisant des levures, dont l’ADN est, étonnamment, similaire à celui de l’être humain, elle a appliqué son algorithme pour ‘prédire’ les gènes à désactiver pour que l’expression génétique à l’intérieur de la cellule d’une vieille levure ressemble à celui d’une jeune. Certains des gènes identifiés par l’algorithme étaient déjà connus pour prolonger la durée de vie des levures lorsqu’ils sont désactivés. Parmi les autres gènes qu'elle a trouvés, Keren Yizhak en a envoyé sept à tester dans un laboratoire de l'Université de Bar-Ilan. Là, les chercheurs Orshay Gabay et Haim Cohen ont découvert  que la désactivation de deux de ces gènes, GRE3 et ADH2, étend de manière significative la durée de vie de la levure.

Keren Yizhak« On s’attendait à ce qu’environ trois pour cent des gènes de la levure agisse sur sa durée de vie », a déclaré la doctorante. « Nous avons obtenu 10 fois la fréquence attendue. Ces résultats sont donc très encourageants ». Capable de proposer une vision systémique du métabolisme cellulaire, l’algorithme a de plus montré que la désactivation des gènes GRE3 et ADH2 a augmenté le niveau de stress oxydatif chez la levure, augmentation similaire à celle produite par la restriction calorique.

Pour parfaire son test, la doctorante a appliqué l’algorithme MTA à une information métabolique humaine. MTA a pu identifier un ensemble de gènes capable de transformer entre  40 et 70 pour cent des différences entre l’information génétique  ‘jeune’ et ‘vieille’ dans quatre études de cas différentes. Même s'il n'existe actuellement aucun moyen de vérifier les résultats chez les humains, la plupart de ces gènes identifiés par l’algorithme sont connus pour prolonger la durée de vie chez les levures, les vers et les souris.

Vivre plus longtemps

La doctorante a pour projet de vérifier les résultats obtenus sur les levures sur des souris génétiquement modifiées. Un jour, des médicaments pourraient être développés pour cibler des gènes chez l'homme, ce qui pourrait potentiellement nous permettre de vivre plus longtemps. En attendant, Keren Yizhak suggère également que MTA pourrait être appliqué à la recherche de cibles de médicaments pour des maladies dans lesquelles le métabolisme joue un rôle important, notamment l'obésité, le diabète, les troubles neurodégénératifs et certains types de cancer.

Cet article a été publié sur http://siliconwadi.fr/ sous le titre "Israël: un algorithme pour arrêter le processus de vieillissement", le 28.10.2014.

http://siliconwadi.fr/15706/israel-un-algorithme-pour-arreter-le-processus-de-vieillissement

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