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Au début, tout est simple: les cellules se divisent en deux cellules identiques qui se divisent à leur tour, permettant ainsi à n’importe quel tissu de croître de façon exponentielle. Mais vient le moment où certaines d’entre elles doivent se spécialiser, où, sur le dos d’une mouche, une cellule doit «savoir» qu’en se scindant, elle donnera naissance à deux cellules fondamentalement différentes: un poil et un neurone.

Comment fonctionnent ces divisions asymétriques ? Comment une cellule mère peut-elle se scinder en deux «filles» aussi différentes ? Le groupe de Prof. Marcos González-Gaitán, de l’Université de Genève, s'est attelé à comprendre ce mécanisme jusque dans ses moindres détails tant ses enjeux sont importants: une cellule souche qui rate sa division asymétrique peut générer des cellules cancéreuses qui se reproduisent exponentiellement et former une tumeur. Les résultats de leur plus récente recherche, à lire dans Nature Communications, montrent comment l’information nécessaire circule au sein de la cellule mère, lui permettant de réussir cette division asymétrique.

Chez les mammifères, le foie joue un rôle essentiel dans le métabolisme et l’élimination des toxines, et atteint son efficacité maximale lorsqu’ils se nourrissent et sont actifs.

Le groupe du Prof. Ueli Schibler, de l’Université de Genève, a découvert comment cet organe s’adapte aux cycles d’alimentation et de jeûne et à l’alternance du jour et de la nuit au cours de 24 heures. Les chercheurs ont montré chez la souris que la taille du foie augmente de près de moitié pour revenir à son niveau initial selon les phases d’activité et de repos. Publiée dans la revue Cell, leur étude décrit les mécanismes cellulaires de cette fluctuation, qui disparaît lorsque le rythme biologique normal est inversé. Le dérèglement de notre horloge circadienne dans le cadre professionnel ou privé a donc probablement des répercussions importantes sur nos fonctions hépatiques.

Chez tous les animaux, du poisson clown au léopard, les changements de couleur de peau et les dessins qu’ils produisent sont dus à des interactions microscopiques qui se déroulent au niveau cellulaire et que décrivent parfaitement les équations du mathématicien Alan Turing.

Mais chez le lézard ocellé, le mécanisme est différent, comme l’a montré le groupe du Prof. Michel Milinkovitch, de l’Université de Genève et de l'Institut Suisse de Bioinformatique (SIB). Le passage de l’animal du brun, lorsqu’il est jeune, à un dessin vert et noir à l’âge adulte ne se produit pas seulement au niveau cellulaire, mais également à l’échelle des écailles toutes entières, qui changent de couleur une à une. Les équations de Turing sont impuissantes à modéliser ce phénomène. Pour le décrire, il faut se tourner vers un autre mathématicien, John von Neumann, et ses «automates cellulaires», un système de calcul ésotérique inventé en 1948. Pour la première fois, une recherche orientée vers la biologie permet de lier le travail de ces deux géants des mathématiques, à découvrir dans le journal Nature.

La transmission de l’information dans le cerveau passe par des molécules neurotransmettrices qui se diffusent à travers la zone de jonction entre deux cellules nerveuses, appelée synapse. Dans certain cas, ces molécules peuvent se répandre dans le tissu, inondant ainsi différents types de cellules nerveuses; on parle alors de neuromodulation. Pour mieux comprendre l’impact des neuromodulateurs sur les circuits cérébraux et sur le comportement, il faut pouvoir identifier les neurones stimulés et suivre ensuite leur activité.

Une collaboration entre l’équipe du Prof. Christian Lüscher de l’Université de Genève et l’Institut Max Planck de Floride pour les neurosciences a permis de résoudre ce problème grâce à une nouvelle technique baptisée iTango, qui permet de contrôler les cellules soumises à la neuromodulation en temps réel. Elle s’appuie sur un système novateur d’expression génétique basé sur la lumière, et permettra aux scientifiques de mieux comprendre les mécanismes de contrôle des circuits cérébraux impliqués, par exemple, dans l’addiction ou dans certains troubles psychiatriques comme la schizophrénie. Des résultats à lire dans Nature Methods.

Comme la quasi-totalité des êtres sensibles à la lumière, nous sommes soumis à des rythmes biologiques calés sur une durée d’environ 24 heures. A une époque où nos rythmes biologiques sont de plus en plus mis à mal – que ce soit par le travail de nuit, par le jetlag subit par les voyageurs ou encore par nos habitudes sociétales, les scientifiques commencent à entrevoir l’impact que le dérèglement de ces horloges peut avoir dans l’explosion des maladies métaboliques.

Le groupe de Dr Charna Dibner, de l’Université de Genève et des Hôpitaux Universitaires de Genève, a étudié le rythme des cellules α et β pancréatiques, responsables de la production de l’insuline et du glucagon, les deux hormones permettant de réguler le taux de glucose dans le sang. Leur verdict: au niveau cellulaire déjà, ces horloges internes orchestrent le tempo correct de la sécrétion hormonale et optimisent ainsi les fonctions métaboliques en anticipant les cycles repos-activité et jeûne-alimentation. Leur déréglement favoriserait ainsi l’apparition de maladies métaboliques. Cette découverte, à lire dans le journal Genes and Development, pourrait expliquer un facteur essentiel et pourtant méconnu du développement du diabète: le dérèglement des horloges circadiennes de nos cellules.

Le cerveau a la capacité d’identifier et de traiter des stimuli sensoriels très divers afin d’en construire une représentation mentale. Mais cette représentation se modifie-t-elle avec le temps ? Est-il possible d’apprendre à mieux trier et interpréter de tels stimuli ?

Les groupes de Prof. Alan Carleton et de Prof. Ivan Rodriguez ont découvert le rôle complémentaire de deux types différents de neurones dans le traitement des informations olfactives et la réorganisation cérébrale différente qui en découle selon le contexte. Ils expliquent pourquoi le cerveau doit faire appel à différents types de cellules pour former, maintenir et remodeler les représentations des odeurs. C’est en effet leur combinaison qui permet à la fois de reconnaître et de distinguer des odeurs semblables. Des résultats à lire dans la revue Neuron.

Lors de sa conception, l’enfant reçoit l’ADN de chacun de ses parents. Son propre génome est ainsi constitué par l’expression tant du génome maternel que paternel. Pourtant, certains gènes, environ 100 sur 20’000, n’expriment qu’un seul des deux génomes, l’autre restant silencieux dans la cellule. Il est connu que ces gènes, soumis à empreinte parentale, sont plus susceptibles de conduire à des maladies génétiques graves, à l’image des syndromes de Prader-Willi ou Angelman.

L’équipe du Prof. Stylianos Antonarakis, du Département de médecine génétique et développement de la Faculté de médecine, a mis au point une nouvelle technique, alliant biologie et bio-informatique, qui permet de détecter rapidement et avec exactitude les gènes à empreinte parentale exprimés dans chacun des types cellulaires qui constituent les organes humains. Une avancée capitale qui permettra plus tard de mieux comprendre et diagnostiquer les maladies génétiques. Cette étude est à lire dans la revue American Journal of Human Genetics.