IMPBIO

ACI IMPBio - Projet soutenu en 2003 et 2006


 

Approches interdisciplinaires du vieillissement et de la mort dans des lignages cellulaires

http://www.necker.fr/tamara/pages/project14.html

 

Coordinateur

Francois Taddei

U571 INSERM Genetique Moleculaire Evolutive et Medicale

Equipes partenaires :

Responsable équipe 1



Maite Coppey



Institut Jacques-Monod

Responsable équipe 2

Richard Madden

Institut des Hautes Etudes Scientifiques

 

poster

Objectifs initiaux

Grâce aux progrès de la biologie moléculaire, de la physique, de la microscopie et de l'informatique, il nous est aujourd'hui techniquement possible d'enregistrer les centaines de divisions cellulaires issues d'une seule cellule et ainsi d'observer les variations individuelles dont la plus extrême est la mort cellulaire.

Nous avons développé une méthodologie expérimentale et un logiciel qui nous permette de suivre, à l'aide d'un microscope robotisé et en absence de tout stress exogène, les variations phénotypiques et leur héritabilité dans un lignage cellulaire initié par une cellule unique d'Escherichia coli.

Dans ces conditions, nous observons une mortalité cellulaire qui est soit brutale (par ex. disruption de la membrane) soit progressive et transmissible menant à une mort clonale (les huit arrière-petite-filles d'une même cellule pouvant mourir simultanément) soit associée à l'âge du vieux pôle. Les bactéries porteuses d'un vieux pôle, qui provient d'une division cellulaire antérieure, voient également leur vitesse de croissance décroître au fil des générations.

L'accroissement de la mortalité et la décroissance du nombre de descendants avec l'âge sont les deux signatures du vieillissement chez les organismes vivants. Jusqu'ici le vieillissement avait été classiquement associé à la présence d'une séparation entre lignée germinale et lignée somatique. Plus récemment, le vieillissement avait été observé chez des micro-organismes à division asymétrique comme S. cerevisiae ou Caulobacter, ce qui laissait penser que la présence d'un stade juvénil était une condition nécessaire.

Notre travail sur une bactérie à division symétrique montre que ni la lignée germinale ni la présence d'un stade juvénil ne sont des pré-requis pour le vieillissement. De plus, ces résultats obtenus sur l'organisme modèle de la biologie moléculaire permettent d'envisager de décortiquer les mécanismes moléculaires impliqués dans le vieillissement et la mort cellulaire. Dans ce but, nous proposons donc plusieurs approches complémentaires qui nécessitent à nouveau de développer des systèmes expérimentaux couplant biologie, physique, modélisation, statistique et informatique.

1) Pour étudier l'effet de l'environnement (composition chimique, température), nous couplerons le microscope robotisé à un système (flow-chamber) permettant de faire varier rapidement les conditions du milieu de croissance.

2) Grâce à l'efficacité de la génétique moléculaire chez E. coli, le criblage systématique de mutants nous a d'ores et déjà permis d'isoler des mutants avec plus ou moins de cellules mortes que le génotype sauvage. L'étude de la distribution de la mortalité et du vieillissement dans les lignages issus de ces mutants devrait permettre de mieux comprendre les causes moléculaires de la mort cellulaire.

3) La comparaison systématique des lignages obtenus au 1 & 2 et de ceux que l'on peut obtenir en simulant sur ordinateur la croissance bactérienne à partir de mécanismes physiologiques permettra de tester de manière quantitative de nombreuses hypothèses.

4) A l'aide de nouveaux variants de protéines fluorescentes que nous avons développé au laboratoire, nous pourrons suivre l'expression et la localisation sub-cellulaire de protéines susceptibles d'être impliquées dans la prévention de défauts moléculaires, comme les protéines agrégées qui s'accumulent lors du vieillissement des neurones.

5) Des pinces optiques (lasers qui exercent une force sur des objets microscopiques via leurs propriétés optiques) sont actuellement couplées à notre système expérimental afin de pouvoir séparer les deux cellules filles qui ont hérité respectivement du vieux et du jeune pôle de la cellule mère. Par cette stratégie, nous pourrons suivre les cellules au delà de 10 divisions, limite jusqu'ici imposée par les contraintes liées à la croissance exponentielle des cellules

Ces différents aspects demanderont le raffinement de techniques expérimentales couplées à des progrès au niveau des logiciels de pilotage et d'analyse qui seront disponibles pour l'ensemble de la communauté scientifique. Ainsi, on peut espérer qu'au-delà de la compréhension des mécanismes moléculaires du vieillissement et de la mort de l'organisme modèle qu'est E. coli, ces travaux apportent des progrès conceptuels et technologiques qui pourront êtres utilisés dans d'autres systèmes.

 

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