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Concours de vulgarisation 2016 : Jean-Christophe Bérubé
Concours de vulgarisation
Jean-Christophe
Bérubé
Université Laval

Explorez les « bases » des poumons

C’est devant ses ordinateurs que le bio-informaticien de formation commence sa journée. Il est maintenant dans un parcours doctoral où il étudie comment notre bagage génétique joue sur nos risques de développer l’asthme. Ce matin, il travaille à l’analyse de données génétiques de centaines d’individus dans le but de mettre en lumière les mécanismes pulmonaires fondamentaux impliqués dans la maladie. Actuellement, les traitements offerts aux patients asthmatiques réduisent uniquement leurs symptômes. Et les médicaments existants n’arrivent toujours pas à guérir la maladie. Ce jeune chercheur, c’est moi-même, et je suis aux prises avec l’asthme. Je consacre ma carrière à déceler de nouveaux facteurs génétiques responsables de cette maladie, facteurs qui mèneront à de meilleurs soins, et ce, grâce à l’exploration des « bases » du poumon.

À la base de l’asthme, des erreurs de code

Sans répit, nos poumons s’emplissent d’air, le filtrent et effectuent les échanges gazeux nous maintenant en vie. On conçoit immédiatement leur importance. Ce qui peut paraître moins évident, par contre, c’est l’impact majeur de l’hérédité sur leur fonctionnement. Transmis de nos parents, notre code génétique repose essentiellement sur l’enchaînement de quatre bases nucléotidiques : l’adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T). Un total de trois milliards de ces lettres A-C-G-T se succèdent pour encoder toute l’information génétique humaine sous forme d’acide désoxyribonucléique (ADN). Cet enchaînement matérialise ni plus ni moins le guide d’instructions pour faire fonctionner l’ensemble de notre corps, poumons inclus. Chez certaines et certains d’entre nous, de mauvaises instructions sont suivies par les cellules pulmonaires. Résultat, la maladie s’installe.

L’asthme demeure une maladie pulmonaire très fréquente au Canada. Près d’une personne sur dix en souffre. Pendant un épisode d’asthme, il y a généralement toux, respiration sifflante et difficulté à respirer. La qualité de vie d’un asthmatique diminue considérablement selon la fréquence des symptômes. L’environnement ou la qualité de l’air respiré joue aussi un rôle dans le développement de la maladie. Néanmoins, notre susceptibilité à développer l’asthme repose grandement sur le code génétique reçu au moment de notre conception.

La génomique à la rescousse

Au tournant des années 2000, des percées technologiques ont permis de tirer l’information génétique globale d’un individu. L’ère de la génomique humaine était amorcée. Supervisé par le Pr Yohan Bossé, mon projet met de l’avant deux approches génomiques cruciales. La première est le génotypage sur biopuces. Elle consiste à établir le profil de millions de variations présentes dans notre code génétique. Il faut savoir que 99,5 % du génome est similaire d’un humain à l’autre. Pourtant, le demi-pour cent qui reste donne à chacun son caractère unique. Les variations les plus étudiées sont appelées SNP (prononcé « snip », pour polymorphismes nucléotidiques simples). À des millions d’endroits précis de notre guide d’instructions, la lettre peut varier d’une personne à l’autre. Par exemple, pour un SNP donné, une personne possède un T, une thymine, alors qu’une autre possède un G, une guanine. La présence d’une lettre plutôt qu’une autre peut se révéler de la plus haute importance. Ultimement, la composition des SNP peut autant influencer des traits aussi différents que la couleur des yeux et la susceptibilité à développer l’asthme.

Des suspects pointés du doigt

Au cours des dix dernières années, le génotypage a été l’outil de prédilection des généticiens. Grâce à cette approche, des différences dans la composition de centaines de SNP ont été observées entre des individus asthmatiques et des individus en santé. Jusqu’à tout récemment, comprendre l’implication des différences observées demeurait difficile. Pourquoi ? Et bien, la majorité des SNP suspectés se situent à l’intérieur de régions du génome dont on détient peu d’information. La solution ? Combiner le génotypage à une seconde approche génomique : la transcriptomique.

Combiner les efforts, combiner les données

La seconde approche génomique du projet porte le nom de transcriptomique. Cette approche nécessite l’emploi de biopuces afin de révéler les niveaux d’expression des gènes dans les poumons. Artisans de nombreuses réactions chimiques dans l’organisme, les gènes ont des rôles définis. Sachant les rôles de plusieurs d’entre eux, les chercheurs peuvent alors évaluer les effets d’un changement d’expression de ceux-ci sur les fonctions des poumons, par exemple. En termes simples, et comme son nom l’indique, la transcriptomique permet de quantifier les instructions transcrites de notre guide d’instructions afin d’accomplir des tâches particulières dans notre corps.

Les chercheurs ont voulu savoir si la composition de SNP pouvait moduler la quantité de certaines instructions transcrites à même le poumon afin de mieux comprendre leurs effets. S’il y a modulation, on considère le SNP comme un eQTL (de l’anglais, expression quantitative trait loci). Pour répertorier l’ensemble des eQTL pulmonaires, les chercheurs ont joint leurs efforts à ceux d’un consortium international. Au total, plus de mille participants ont été recrutés dans trois centres de recherche situés dans les villes de Québec, de Vancouver et de Groningen aux Pays-Bas. L’information génétique de l’ADN a été obtenue à partir d’un prélèvement sanguin et le génotypage sur biopuces a été effectué pour chacun. Pour ces mêmes participants, l’expression des gènes a été quantifiée à partir d’un morceau de poumon. Les millions d’eQTL possibles ont été calculés informatiquement. Au final, plus de 17 000 eQTL ont été détectés dans le poumon. Sachant l’effet des SNP dans le poumon, il ne restait plus qu’à transposer ces découvertes dans le contexte de l’asthme.

Une ressource inestimable

En examinant ces eQTL pulmonaires, les chercheurs peuvent maintenant savoir si un SNP associé à l’asthme régule l’expression d’un ou plusieurs gènes dans le poumon. Imaginons que pour le SNP 1, les patients asthmatiques ont plus souvent la lettre T comparativement aux individus sains qui, eux, ont plus souvent la lettre G. Auparavant, la découverte scientifique s’arrêtait net, ici. Maintenant, on vérifie si la présence de cette instruction augmente ou diminue la transcription d’un gène X. Avec les analyses que j’ai réalisées, l’ensemble des SNP suspectés dans l’asthme ont été validés à grande échelle dans le poumon. La tâche n’est pas terminée, puisqu’il restera à interpréter l’implication des gènes modulés pour cerner les véritables fautifs.

Au final, notre équipe de recherche souhaite qu’une meilleure compréhension des bases moléculaires de l’asthme puisse se traduire en bénéfices pour les patients asthmatiques par l’entremise de nouvelles cibles thérapeutiques ou de nouvelles stratégies de prévention

Concours de vulgarisation 2016 : Caroline Dallaire-Théroux
Concours de vulgarisation
Caroline
Dallaire-Théroux
Université Laval

La maladie d’Alzheimer : À la recherche d’un outil de dépistage précoce

Alzheimer. Un mot qui inquiète, qui effraie. Nous connaissons tous une personne, de près ou de loin, qui est atteinte de cette maladie dégénérative aux conséquences dévastatrices. Elle engendre, en effet, de nombreux soucis économiques et sociaux pour les patients, les proches aidants et pour l’ensemble de la société.

Étant donné la difficulté à détecter les premiers symptômes cliniques au tout début de la maladie, le diagnostic ne tombe souvent qu’à un stade avancé. Les dommages irréversibles au cerveau sont alors considérables et s’accumulent déjà depuis plusieurs années. Les traitements connus à ce jour offrent la possibilité de ralentir la progression de la maladie, sans toutefois pouvoir la guérir ou même l’interrompre. De plus, la confirmation du diagnostic ne peut s’effectuer qu’au moment de l’autopsie, donc après le décès du patient.

De nouveaux outils s’avèrent nécessaires afin de déterminer les individus à risque de développer la maladie, ce qui permettrait d’agir plus rapidement et de minimiser ses impacts. L’un d’eux retient présentement l’attention de plusieurs chercheurs dans le domaine des neurosciences : l’imagerie par résonance magnétique (IRM).

Quand la physique s’en mêle

L’IRM est une technique d’imagerie médicale sans effet néfaste pour la santé et elle présente très peu de contre-indications. Elle fait appel à un champ magnétique et à des ondes radio pour produire un signal électromagnétique en fonction de la composition des tissus du corps. Ce signal permet ensuite de reconstruire une image très précise en trois dimensions avec un contraste très marqué entre les divers tissus, ce qui rend cette modalité d’imagerie très polyvalente, particulièrement en neurologie. Dans le cadre de ce projet, nous nous concentrons sur la capacité de l’IRM à détecter les changements causés par les multiples lésions pathologiques de la maladie d’Alzheimer dans le cerveau.

Comment voir avant qu’il ne soit trop tard

Notre objectif était de rassembler les différentes études scientifiques comparant l’IRM in vivo, c’est-à-dire avant le décès, et les résultats d’autopsie de personnes âgées avec et sans maladie d’Alzheimer, dans le but de définir les changements propres à la maladie. Pour ce faire, nous avons utilisé le moteur de recherche PubMed en recourant à des mots-clés définis préalablement, tels que « maladie d’Alzheimer », « IRM volumétrique », « neuro-imagerie structurelle », « neuropathologie » et « autopsie ». Les 24 articles sélectionnés présentaient des études de corrélation entre les résultats des examens radiologiques et pathologiques chez des individus de 59 ans et plus. Les images étaient toutes acquises avec des appareils de résonance magnétique tels qu’on peut les trouver dans nos hôpitaux. Les différentes populations provenaient des États-Unis, du Canada, du Royaume-Uni, de l’Autriche, des Pays-Bas ainsi que du Japon.

Ce que les images révèlent

Les deux changements dégénératifs les mieux définis par les travaux sur la maladie d’Alzheimer sont les plaques séniles et les enchevêtrements neurofibrillaires. Ces lésions sont causées par des dépôts anormaux de protéines dans le cerveau, soit la bêta-amyloïde et la protéine tau. L’accumulation de ces deux lésions caractéristiques entraîne progressivement une perte dans le volume du cerveau. L’atrophie cérébrale visible à l’IRM (Figure 1) est particulièrement marquée dans les hippocampes, structures jouant un rôle majeur dans la mémoire. On remarque également un élargissement des ventricules, c’est-à-dire des cavités contenant le liquide céphalo-rachidien dans lequel baigne le cerveau à des fins de protection. Les enchevêtrements neurofibrillaires seraient les principaux responsables de ces détériorations.

Concours de vulgarisation Acfas 2016 : Caroline Dallaire-Théroux
Figure 1 : IRM du cerveau chez un adulte cognitivement normal (à gauche) comparée à l’IRM du cerveau d’un patient avec un diagnostic clinique de maladie d’Alzheimer (Courtoisie de Dr Frank Gaillard, radiopeadia.org).

Par la suite, des lésions variées des vaisseaux sanguins s’ajoutent au tableau. Elles sont causées par la maladie d’Alzheimer, mais également par divers facteurs de risque tels que l’obésité, le tabagisme, l’hypertension artérielle et le diabète. Ces lésions peuvent être visualisées à l’IRM sous forme d’hyperintensités de la matière blanche. En d’autres mots, la radiologie permet de détecter des zones « trop blanches » aux endroits affectés par des anomalies vasculaires, des infarctus et des saignements. Les lacunes sont de petits trous noirs qui peuvent aussi être aperçues sur les images des patients qui présentent des infarctus des artères plus profondes du cerveau.

D’autres changements, pouvant contribuer aux pertes de fonctions cognitives, sont observés dans le cerveau des personnes atteintes de la maladie d’Alzheimer. Par exemple, on trouve fréquemment des dépôts de protéine bêta-amyloïde dans la paroi des vaisseaux sanguins. C’est ce qu’on appelle l’angiopathie amyloïde. La sclérose hippocampique, un type de dégénérescence de l’hippocampe, peut aussi coexister avec la maladie d’Alzheimer. Ces deux pathologies entraînent toutes deux une diminution supplémentaire du volume cérébral.

En bref…

La maladie d’Alzheimer est la cause de démence la plus fréquente et son incidence augmente considérablement avec l’âge. Malheureusement, le vieillissement de la population entrainera inévitablement une hausse importante du nombre de personnes atteintes. Comme il est difficile pour le médecin de détecter les premiers signes cliniques de la maladie et que le diagnostic ne peut être établi avec certitude qu’après un examen minutieux par le pathologiste à l’autopsie, de nouvelles techniques d’investigation devront être instaurées. L’imagerie par résonance magnétique serait un outil de dépistage à envisager puisqu’il permet de visualiser les changements cérébraux associés à la maladie d’Alzheimer et à ses nombreuses comorbidités (Figure 2) de manière sécuritaire, assurant ainsi un traitement précoce et un meilleur suivi médical.

Concours de vulgarisation de l'Acfas 2016 : Caroline Dallaire-Théroux
Figure 2 : Évolution de la maladie d’Alzheimer (MA) dans le temps. Crédits : Caroline Dallaire-Théroux.

 

Isabelle Mayer-Jouanjean
Concours de vulgarisation
Isabelle
Mayer-Jouanjean
Université du Québec à Montréal

L'Histoire au service de l'adaptation aux changements climatiques

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Concours

Julie Reinling
Concours de vulgarisation
Julie
Reinling
Université du Québec à Montréal

Les brochets du Saint-Laurent naviguent en eaux troubles

Flushgate. Le terme s’est rapidement imposé à l’automne 2015 pour qualifier la décision de la Ville de Montréal de déverser 8 milliards de litres d’eaux usées dans le fleuve Saint-Laurent en raison d’importants travaux de réfection du réseau d’égouts. À cause de son ampleur exceptionnelle, ce déversement a suscité une vive controverse durant plusieurs semaines. Et pourtant… chaque jour, la station d’épuration de Montréal rejette 2,5 millions de m3 d’eau dans le fleuve, soit l’équivalent de 1000 piscines olympiques. Et contrairement à ce qu’on serait tenté de penser, cette eau n’est pas si pure que cela.

Le fleuve arbore son panache

Le traitement des eaux usées effectué par la Ville élimine les particules en suspension, les bactéries pathogènes ainsi qu’une grande partie de la matière organique, du phosphore et de l’azote. Cependant, l’eau déversée dans le Saint-Laurent est loin du seul H2O…

Si vous survolez le fleuve au niveau de la pointe est de l’île, vous distinguez une masse d’eau plus foncée qui forme un panache s’estompant peu à peu : l’effluent. Véritable cocktail de polluants, il correspond à toute la fraction liquide qui sort de la station d’épuration. Or, une multitude d’organismes aquatiques fréquentent ces eaux, voire y passent leur vie entière, et cela n’est pas sans conséquence pour leur santé. Des chercheurs d’Environnement et Changement climatique Canada ont découvert que l’exposition des poissons à cet effluent pouvait mener à des changements dans l’expression de certains gènes impliqués dans les systèmes immunitaire, hormonal ou reproducteur, ou encore de gènes intervenant dans le métabolisme énergétique cellulaire.

Parmi les contaminants retrouvés dans l’effluent (métaux, biphényles polychlorés, produits pharmaceutiques et de soins corporels, notamment), la catégorie des retardateurs de flamme mérite notre attention. Ces composés sont incorporés aux textiles, aux plastiques ou encore aux produits électroniques et électriques pour réduire leur inflammabilité. Malheureusement, ils ont deux grands défauts. D’une part, ils se dissocient facilement de ces produits et se retrouvent ainsi dans tous les « compartiments » de l’environnement (eau, air, sol, poussière domestique). Pas une région du monde n’y échappe, pas même l’Antarctique. D’autre part, ces composés possèdent un fort potentiel toxique, tant pour la faune que pour l’être humain, et ils ont la capacité d’être transférés dans la chaîne alimentaire en raison de leur grande affinité pour les lipides.

Concours de vulgarisation de l'Acfas 2016 : Julie Reinling
L’effluent de Montréal au niveau du point de déversement dans le fleuve Saint-Laurent. Crédits photo : Christiane Hudon, Environnement et Changement climatique Canada

Les retardateurs de flamme comme traceurs d’exposition à l’effluent

Les sources de ces divers contaminants sont multiples, et bien qu’elles ne soient pas toujours et toutes identifiées, on sait que la station d’épuration est la principale émettrice de retardateurs de flamme. À 4 kilomètres en aval de celle-ci, les concentrations de BDE-209, le principal composant du mélange commercial de décabromodiphényléther (ou décaBDE), sont 160 fois plus importantes dans l’eau et les sédiments qu’en amont ! De plus, de nombreux retardateurs de flamme ont été détectés dans les tissus de perchaudes, de brochets et de maskinongés capturés en aval de la station.

Dans ce cas, pourquoi ne pas utiliser ces contaminants comme des indicateurs de l’exposition des poissons à l’effluent ? C’est l’idée que Jonathan Verreault, professeur au Département des sciences biologiques de l’Université du Québec à Montréal, Magali Houde, scientifique à Environnement et Changement climatique Canada, et moi-même avons eue. L’objectif ? Établir un lien solide entre l’exposition des poissons à l’effluent et les effets toxiques potentiels dans le métabolisme énergétique de ces poissons.

Premier constat : le foie des brochets capturés dans le panache de l’effluent est 4 fois plus contaminé aux retardateurs de flamme et 40 % plus gras que celui de leurs cousins qui vivent plus en amont. 

Deuxième constat : l’augmentation de la proportion de lipides dans le foie est associée à une augmentation des niveaux d’hormones thyroïdiennes dans le sang. Or, on sait que ces hormones jouent un rôle important dans le contrôle des réserves énergétiques et que certains retardateurs de flamme peuvent interférer dans leur synthèse. 

Et les gènes dans tout ça?

Il reste à déterminer s’il existe des différences dans certains gènes impliqués dans la synthèse, le transport et la dégradation des lipides dans le foie de nos deux populations de brochets. Cette analyse comparative permettra de mieux comprendre par quels mécanismes les polluants exercent leur toxicité et pourquoi les réserves lipidiques sont plus importantes dans le foie des brochets de l’effluent. Réponses dans quelques mois…

Il est compréhensible que le flushgate ait suscité l’indignation de certains citoyens. Cependant, il est important de garder à l’esprit que nous avons encore beaucoup d’efforts à fournir en matière de gestion de nos eaux usées au quotidien. Il est primordial de mieux comprendre pourquoi et comment les contaminants peuvent affecter une espèce prédatrice qui a un rôle majeur dans l’écosystème du fleuve. L’enjeu est de trouver des indicateurs efficaces pour évaluer les conséquences d’une exposition prolongée à un mélange de contaminants environnementaux. De tels renseignements pourraient servir à améliorer nos politiques de gestion de l’eau. Le Saint-Laurent est notre environnement immédiat, c’est un écosystème riche et fragile. Il est important de le protéger.