CR Biologies

Georges Pelletier

Comptes Rendus
Biologies
Georges Pelletier
Les signalisations lumineuses et hormonales convergent pour réguler la
ramification des plantes
Volume 343, issue 2 (2020), p. 127-129
Published online: 9 October 2020
https://doi.org/10.5802/crbiol.17
This article is licensed under the
Creative Commons Attribution 4.0 International License.
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Les Comptes Rendus. Biologies sont membres du
Centre Mersenne pour l’édition scientifique ouverte
www.centre-mersenne.org
e-ISSN : 1768-3238
Comptes Rendus
Biologies
2020, 343, no 2, p. 127-129
https://doi.org/10.5802/crbiol.17
C’est apparu dans la presse / News and Views
Les signalisations lumineuses et hormonales
convergent pour réguler la ramification des plantes
Light and hormonal signals converge to regulate plant
branching
Georges Pelletiera
a Directeur de recherche INRA, Membre de l’Académie des sciences et de l’Académie
d’Agriculture de France, France
Courriel : georges.pelletier@inra.fr
Mots-clés. Signalisations lumineuses et hormonales, Ramification des plantes.
Keywords. Light and hormonal signals, Plant branching.
Manuscrit reçu et accepté le 3 août 2020.
L’initiation des méristèmes axillaires, le dévelop-
pement des bourgeons et la croissance des ramifica-
tions déterminent l’architecture des plantes. Ce dé-
veloppement est fortement dépendant de facteurs
internes comme les phytohormones et de facteurs
externes comme la lumière. La quantité et la qua-
lité de lumière module aussi l’architecture : en cas
de forte densité de végétation ou d’ombrage par la
canopée, la plante allonge sa tige, réduit sa rami-
fication, diminue sa biomasse et sa production de
graines. Comment les signaux hormonaux et lumi-
neux interagissent-ils dans cette régulation du déve-
loppement des plantes?
L’expression du gène BRC1 (chez Arabidopsis tha-
liana, ou son homologue TB1 du maïs ou son homo-
logue FC1 du riz) qui réprime le développement des
ramifications est déterminante dans l’architecture
des plantes. Des protéines spécifiques des plantes,
SPL (SQUAMOSA PROMOTER BINDING PROTEIN-
LIKE) 9 et 15 sont des facteurs de transcription qui
activent le gène BRC1. Il a été montré chez le riz
[1] que d’autres protéines SMXL (SUPPRESSOR OF
MORE AXILLARY GROWTH2-LIKE) 6, 7 et 8 inter-
agissent avec ces facteurs de transcription, réprimant
ainsi l’expression de BRC1. Les strigolactones, la der-
nière classe d’hormones végétales découvertes [2],
activent la dégradation de ces protéines SMLX, ce
qui active l’expression de BRC1 : ces hormones ré-
priment donc ramification.
Xie et al. [3] montrent que les mutants KO de deux
gènes, PHY3 et son homologue FAR1 développent
moins de ramifications et que les protéines corres-
pondantes interagissent directement avec les fac-
teurs de transcription SPL 9 et 15. Or il se trouve
que FHY3 et FAR1 codent deux facteurs de transcrip-
tion essentiels dans la voie de signalisation du Phyto-
chrome A, le photorécepteur sensible à la composi-
tion de la lumière rouge [4]. Les protéines PHY3/FAR1
d’une part et SMLX 6, 7 et 8 d’autre part, jouent
donc un même rôle de réduction de l’expression de
ISSN (electronic) : 1768-3238 https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/biologies/
128 Georges Pelletier
BCR1 en interagissant avec les mêmes facteurs de
transcription SPL 9 et 15. Les gènes PHY3 et FAR1
sont donc des régulateurs négatifs du gène BRC1,
qui sont activés en conditions de forte lumière ce
qui augmente la ramification. Par ailleurs les au-
teurs montrent que les protéines PHY3 et FAR1 ac-
tivent directement l’expression des gènes SMXL 6,
7 et 8, agissant ainsi par une seconde voie pour
réduire l’expression de BRC1 et favoriser la crois-
sance latérale des bourgeons et la ramification. En
réponse à des conditions d’ombrage, les niveaux des
protéines FHY3 et FAR1 diminuent, l’expression des
gènes SMXL 6, 7 et 8 se trouve réduite, et les protéines
SPL 9 et 15 en se liant plus fortement au promoteur
du gène BRC1 activent son expression et répriment la
ramification.
Ces résultats mettent donc en évidence un réseau
complexe qui régule le développement des ramifica-
tions en fonction de la quantité de lumière perçue par
la plante en intégrant les voies de signalisation lumi-
neuse et celles des strigolactones. Compte tenu du
rôle universel du gène BRC1 (TB1, FC1) chez les dico-
tylédones comme les monocotylédones, ces résultats
pourront avoir des répercussions importantes pour
mieux adapter l’architecture des plantes aux condi-
tions de culture en particulier à forte densité.
English version
The initiation of axillary meristems, the development
of buds and the growth of branches determine the
plant architecture. This development is highly de-
pendent on internal factors such as phytohormones
and external factors such as light. The quantity and
quality of light also modulates the architecture: if
there is a high density of vegetation or shading by
the canopy, the plant lengthens its stem, reduces its
branching, decreases its biomass and its seed pro-
duction. How do hormonal and light signals interact
in this regulation of plant development?
The expression of the BRC1 gene (in Arabidop-
sis thaliana, or TB1 its counterpart in maize or FC1
its counterpart in rice) that represses the develop-
ment of branches is a determining factor in plant ar-
chitecture. Plant-specific proteins, SPL (SQUAMOSA
PROMOTER BINDING PROTEIN-LIKE) 9 and 15 are
transcription factors that activate the BRC1 gene. It
has been shown in rice [1] that SMXL (SUPPRES-
SOR OF MORE AXILLARY GROWTH2-LIKE) 6, 7 and
8 proteins interact with these transcription factors,
thereby repressing BRC1 expression. Strigolactones,
the latest class of plant hormones discovered [2], acti-
vate the degradation of these SMLX proteins, thereby
activating the expression of BRC1: these hormones
therefore repress branching.
Xie et al. [3] show that KO mutants of two genes,
PHY3 and its homologue FAR1, develop fewer
branches and that the corresponding proteins inter-
act directly with SPL transcription factors 9 and 15.
However it turns out that FHY3 and FAR1 encode two
essential transcription factors in the Phytochrome
A signaling pathway, the red-light composition-
sensitive photoreceptor [4]. The proteins PHY3/FAR1
on the one hand and SMLX 6, 7 and 8 on the other
hand therefore play the same role in reducing BCR1
expression by interacting with the same SPL 9 and
15 transcription factors. The PHY3 and FAR1 genes
are therefore negative regulators of the BRC1 gene,
which are activated under high light conditions, thus
increasing branching. Furthermore, the authors
show that the PHY3 and FAR1 proteins directly acti-
vate the expression of SMXL 6, 7 and 8 genes, thus
acting by a second pathway to reduce BRC1 expres-
sion and promote lateral bud growth and branching.
In response to shading conditions, the levels of the
FHY3 and FAR1 proteins decrease, the expression
of the SMXL 6, 7 and 8 genes is reduced, and the
SPL 9 and 15 proteins, by binding more strongly to
the BRC1 gene promoter, activate its expression and
repress branching.
These results thus highlight a complex network
that regulates the development of branches accord-
ing to the amount of light perceived by the plant
by integrating light signaling pathways and those of
strigolactones. Given the universal role of the BRC1
gene (TB1, FC1) in both dicotyledons and mono-
cotyledons, these results could have important reper-
cussions for better adapting plant architecture to
growing conditions, particularly at high densities.
C. R. Biologies — 2020, 343, no 2, 127-129
Georges Pelletier 129
Références / References
[1] X. Song et al., « IPA1 functions as a downstream transcription
factor repressed by D53 in strigolactone signaling in rice », Cell
Res. 27 (2017), p. 1128-1141.
[2] V. Gomez-Roldan et al., « Strigolactone inhibition of shoot
branching », Nature 455 (2008), p. 189-194.
[3] Y. Xie, Y. Liu, M. Ma et al., « Arabidopsis FHY3 and FAR1 inte-
grate light and strigolactone signaling to regulate branching »,
Nat. Commun. 11 (2020), p. 1955.
[4] H. Wang, X. W. Deng, « Arabidopsis FHY3 defines a key phyto-
chrome A signaling component directly interacting with its ho-
mologous partner FAR1 », EMBO J. 21 (2002), p. 1339-1349.
C. R. Biologies — 2020, 343, no 2, 127-129


Les signalisations lumineuses et hormonales convergent pour réguler la ramification des plantes

Comptes Rendus
Biologies
Georges Pelletier
Des plantes qui capturent des gènes de champignons pour se protéger
des champignons
Volume 343, issue 2 (2020), p. 131-133
Published online: 9 October 2020
https://doi.org/10.5802/crbiol.19
This article is licensed under the
Creative Commons Attribution 4.0 International License.
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Les Comptes Rendus. Biologies sont membres du
Centre Mersenne pour l’édition scientifique ouverte
www.centre-mersenne.org
e-ISSN : 1768-3238
Comptes Rendus
Biologies
2020, 343, no 2, p. 131-133
https://doi.org/10.5802/crbiol.19
C’est apparu dans la presse / News and Views
Des plantes qui capturent des gènes de
champignons pour se protéger des champignons
Plants that capture fungus genes to protect themselves from
fungi
Georges Pelletiera
a Membre de l’Académie des sciences et de l’Académie d’Agriculture de France,
France
Courriel : georges.pelletier@inra.fr
Mots-clés. Génétique, Champignons, Capture.
Keywords. Genetics, Mushrooms, Capture.
Manuscrit reçu et accepté le 4 août 2020.
Thinopyron elongatum (Agropyron elongatum),
espèce sauvage de la tribu des Triticeae, est large-
ment utilisée dans la sélection du blé (Triticum aes-
tivum) comme source de gènes de résistance à di-
verses maladies cryptogamiques comme les rouilles,
l’oïdium et la fusariose de l’épi. Ainsi certaines li-
gnées de blé dérivant d’hybridation interspécifique
portent sur leur chromosome 7B, un locus provenant
de T. elongatum, Fhb7, qui leur confère une résis-
tance à Fusarium graminearum, l’agent de la fusa-
riose de l’épi.
Wang et al. [1] ont réalisé un séquençage profond
(236×) des 7 chromosomes du génome de T. elonga-
tum et annoté 44 474 gènes codant des protéines. Par
comparaison aux génomes d’autres Triticeae, parmi
lesquelles les graminées cultivées, ils ont pu situer
à environ 4 à 6 millions d’années le dernier ancêtre
commun entre les genres Thinopyron et Triticum.
La connaissance du génome de T. elongatum a
rendu possible le clonage positionnel du gène Fhb7
dans des lignées de blé. Par transgénèse et par VIGS,
Wang et al. ont pu confirmer qu’il s’agit bien du gène
qui confère cette résistance. Le gène Fhb7, présent
chez T. elongatum et T. ponticum ne possède au-
cune séquence homologue dans le règne végétal. En
revanche il est fortement homologue de séquences
de glutathion-S-transférase (GST) présentes dans le
genre Epichloe, (97% avec le gène d’E. aotearoae), un
important groupe de champignons ascomycètes, en-
dophytes des graminées sauvages. Ainsi il est haute-
ment vraisemblable que ces espèces du genre Thino-
pyron aient acquis ce gène par transfert horizontal à
partir de ces champignons qui vivent en étroite asso-
ciation avec ces plantes et produisent des alcaloïdes
qui limite la pression des herbivores [2].
La séquence codante du gène Fhb7 se trouve dans
la plante sous le contrôle de signaux de régulation qui
répondent à la présence de trichothecenes, groupe
de mycotoxines produites par les Fusarium, inhibi-
trices de la synthèse protéique et facteurs importants
de pathogénie du champignon. L’analyse chimique
montre que la GST procède à la détoxification d’un
ISSN (electronic) : 1768-3238 https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/biologies/
132 Georges Pelletier
large spectre de trichothecenes produites par diffé-
rentes espèces de Fusarium par rupture de leur grou-
pement époxyde responsable de leur toxicité. Cette
activité enzymatique pourrait se révéler d’une grande
utilité en biomédecine et dans les industries alimen-
taires pour lutter contre ces mycotoxines qui peuvent
contaminer les grains à la récolte avec des effets can-
cérogènes et immunosuppresseurs chez l’homme et
les animaux d’élevage.
On peut faire le parallèle avec d’autres études [3]
qui révèlent que Fusarium graminearum, originaire
d’Amérique du Nord se comporte comme un endo-
phyte non pathogène vis-à-vis de nombreuses grami-
nées sauvages, avec de très faibles accumulations de
trichothecenes, ce qui montre une adaptation de ces
plantes qui pourrait reposer sur une capacité à méta-
boliser ou détoxifier ces mycotoxines, comme dans le
cas du gène Fhb7.
Le transfert horizontal de gènes des micro-
organismes aux plantes est déjà largement do-
cumenté. C’est en particulier le cas du transfert
des gènes de l’ADN T des Agrobacterium qui, sans
pour autant conférer un avantage évolutif évident,
concerne environ 7% des espèces dicotylédones [4].
English version
Thinopyron elongatum (Agropyron elongatum), a
wild species of the Triticeae tribe, is widely used in of
breadwheat (Triticum aestivum) breeding as a source
of resistance genes to various cryptogamic diseases
such as rust, powdery mildew and fusarium head
blight. For example, some wheat lines derived from
interspecific hybridization carry on their 7B chro-
mosome, a locus derived from T. elongatum, Fhb7,
which confers resistance to Fusarium graminearum,
the agent of fusarium head blight.
Wang et al. [1] performed deep sequencing (236×)
of the 7 chromosomes of the T. elongatum genome
and annotated 44,474 protein-encoding genes. Com-
pared to the genomes of other Triticeae, including
cultivated grasses, they were able to locate the last
common ancestor between the genera Thinopyron
and Triticum at about 4–6 million years ago.
Knowledge of the T. elongatum genome has made
it possible to positionally clone the Fhb7 gene in
wheat lines. Through transgenesis and VIGS, Wang
et al. were able to confirm that this is the gene
that confers this resistance. The Fhb7 gene, present
in T. elongatum and T. ponticum has no homolo-
gous sequence in the plant kingdom. However, it is
strongly homologous with Glutathion-S-transferase
(GST) sequences present in the genus Epichloë,
(97% with the gene from E. aotearoae), an impor-
tant group of ascomycetes fungi, endophytes of
wild grasses. Thus, it is highly likely that these
species of the genus Thinopyron have acquired
this gene by horizontal transfer from these fungi,
which live in close association with these plants
and produce alkaloids that limit the pressure of
herbivores [2].
The coding sequence of the Fhb7 gene is found in
the plant under the control of regulatory signals that
respond to the presence of trichothecenes, a group
of mycotoxins produced by Fusarium, inhibitors of
protein synthesis and important factors in the patho-
genesis of the fungus. Chemical analysis shows that
GST detoxifies a broad spectrum of trichothecenes
produced by different Fusarium species by disrupt-
ing the epoxide group responsible for their toxicity.
This enzymatic activity could prove very useful in
biomedicine and the food industry to control these
mycotoxins which can contaminate grains at harvest
with carcinogenic and immunosuppressive effects in
humans and livestock.
A parallel can be drawn with other studies [3]
which reveal that Fusarium graminearum, native to
North America, behaves as a non-pathogenic endo-
phyte towards many wild grasses, with very low accu-
mulations of trichothecenes, showing an adaptation
of these plants which could be based on their ability
to metabolize or detoxify these mycotoxins, as in the
case of the Fhb7 gene.
Horizontal gene transfer from microorganisms
to plants is already well documented. This is par-
ticularly the case for the transfer of Agrobacterium
T-DNA genes which, without conferring an obvi-
ous evolutionary advantage, concerns about 7% of
dicotyledonous species [4].
C. R. Biologies — 2020, 343, no 2, 131-133
Georges Pelletier 133
Références / References
[1] H. Wang et al., « Horizontal gene transfer of Fhb7 from fungus
underlies Fusarium head blight resistance in wheat », Science
09 (2020), article no. eaba5435.
[2] S. Florea, D. G. Panaccione, C. L. Schardl, « Ergot alkaloids of
the family Clavicipitaceae », Phytopathology 107 (2017), p. 504-
518.
[3] L. A. Lofgren et al., « Fusarium graminearum : pathogen or en-
dophyte of North American grasses? », New Phytol. 217 (2018),
p. 1203-1212.
[4] T. V. Matveeva, L. Otten, « Widespread occurrence of natural
genetic transformation of plants by Agrobacterium », Plant.
Mol. Biol. 101 (2019), p. 415-437.
C. R. Biologies — 2020, 343, no 2, 131-133


Des plantes qui capturent des gènes de champignons pour se protéger des champignons

Daria Bonazzi

Valentina Lo Schiavo

Silke Machata

Ilyas Djafer-Cherif

Pierre Nivoit

Valeria Manriquez

Hirokazu Tanimoto

Julien Husson

Nelly Henry

Hugues Chaté

Raphael Voituriez

Guillaume Dumenil

Comptes Rendus
Biologies
Daria Bonazzi, Valentina Lo Schiavo, Silke Machata, Ilyas
Djafer-Cherif, Pierre Nivoit, Valeria Manriquez, Hirokazu Tanimoto,
Julien Husson, Nelly Henry, Hugues Chaté, Raphael Voituriez
et Guillaume Dumenil
Un nouveau type de matière active explique la formation d’agrégats
bactériens et leur impact sur l’infection à méningocoque
Volume 343, issue 1 (2020), p. 23-25
Published online: 5 June 2020
https://doi.org/10.5802/crbiol.9
This article is licensed under the
Creative Commons Attribution 4.0 International License.
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Les Comptes Rendus. Biologies sont membres du
Centre Mersenne pour l’édition scientifique ouverte
www.centre-mersenne.org
e-ISSN : 1768-3238
Comptes Rendus
Biologies
2020, 343, n 1, p. 23-25
https://doi.org/10.5802/crbiol.9
Prix de l’Académie / Prizes of the Academy
Un nouveau type de matière active explique la
formation d’agrégats bactériens et leur impact sur
l’infection à méningocoque
A new type of active matter explains the mechanism of bacterial
aggregation and its impact on meningococcal infection
Daria Bonazzi∗, a, Valentina Lo Schiavoa, Silke Machataa, Ilyas Djafer-Cherifb,
Pierre Nivoita, Valeria Manriqueza, Hirokazu Tanimotoc, Julien Hussond, Nelly Henrye,
Hugues Chatéb, f , g , Raphael Voiturieze , g et Guillaume Dumenila
a Pathogenesis of Vascular Infections Unit, Inserm, Institut Pasteur, 75015 Paris,
France
b Service de Physique de l’Etat Condensé, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, 91191
Gif-sur-Yvette, France
c Institut Jacques Monod, 75013 Paris, France
d Laboratoire d’Hydrodynamique (LadHyX), Department of Mechanics, École
polytechnique-CNRS UMR7646, 91128 Palaiseau, France
e Laboratoire Jean Perrin, CNRS UMR 3231, Université Pierre-et-Marie-Curie,
75005 Paris, France
f Computational Science Research Center, Beijing 100193, China
g Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée, CNRS, Université
Pierre-et-Marie-Curie, 75005 Paris, France.
Courriel : daria.bonazzi@pasteur.fr (D. Bonazzi).
Manuscrit reçu le 20 mars 2020, accepté le 20 avril 2020.
Au cours des infections invasives à méningo-
coque, les bactéries s’accumulent et finissent par
remplir les vaisseaux sanguins, provoquant des
pathologies graves chez l’Homme telles que la
∗Auteur correspondant.
septicémie et la méningite. Malgré une prise en
charge rapide, le taux de mortalité dû à ces infections
reste très important. Cependant, les mécanismes
régissant la formation d’agrégats bactériens et leur
impact sur l’infection n’étaient pas connus.
Intriguée par la formation de ces agrégats in-
travasculaires, Daria Bonazzi, Post-doc dans l’Unité
ISSN (electronic) : 1768-3238 https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/biologies/
24 Daria Bonazzi et al.
“Pathogénèse des infections vasculaires” dirigée par
Guillaume Duménil à l’Institut Pasteur, s’est attelée à
comprendre cette étape de l’infection, en collabora-
tion avec plusieurs équipes de physiciens.
1. Un liquide visqueux aux propriétés origi-
nales
Grace aux mesures de rhéologie par micropipette
effectuées en collaboration avec l’équipe de Nelly
Henry (CNRS, UPMC) et Julien Husson (LadHyx), il
ressort de cette étude que les agrégats à méningo-
coque ont des propriétés originales de liquide vis-
queux, avec une viscosité similaire à celle du miel. Au
niveau microscopique, les bactéries à l’intérieur des
agrégats se déplacent différemment selon leur posi-
tion relative. En particulier, les bactéries au bord pré-
sentent une “motilité" plus élevée que celle observée
par la diffusion des bactéries isolées, une propriété
inattendue de ce liquide actif.
Ces propriétés de liquide visqueux des agrégats
dépendent d’un facteur de virulence appelé pilus de
type IV. Il s’agit de longs filaments adhésifs et dy-
namiques qui s’allongent et se rétractent en perma-
nence à la surface de la bactérie. Ces filaments per-
mettent aux bactéries de se trouver, de se rappro-
cher et d’entrer en contact de façon réversible. L’agré-
gation est donc basée sur un processus intermittent
d’attraction entre les bactéries, c’est-à-dire qu’il y a
une alternance entre attraction et absence d’attrac-
tion.
2. Un modèle physique pour comprendre ce
nouveau type de matière active
Pour mieux comprendre l’agrégation bactérienne,
les équipes de Raphael Voituriez (CNRS, UPMC) et
Hugues Chaté (CEA, CNRS, Université Paris-Saclay)
ont développé un modèle théorique et des simu-
lations numériques. Dans le modèle, les particules
voisines interagissent par paires selon un poten-
tiel répulsif à courte distance et attractif à moyenne
distance. Ceci est très classique. La spécificité du mo-
dèle vient de l’intermittence de la partie attractive,
qui est branchée et débranchée selon des règles pro-
babilistes. Si le rapport des temps typiques pendant
lesquels l’attraction est branchée et débranchée est
trop petit, aucun agrégat ne se forme. Si ce paramètre
est suffisamment grand, l’agrégation prend place et
donne lieu à des amas aux propriétés étonnantes.
Le modèle récapitule la distribution de motilité des
bactéries dans l’agrégat, et révèle ainsi un nouveau
type de matière active, basé sur la présence des forces
attractives intermittentes entre ses éléments consti-
tuants. Ce rapport de temps définit donc un dia-
gramme de phase du processus d‘agrégation, qui a
pu être validé expérimentalement grâce à des mu-
tants dans les pili.
3. Les agrégats liquides coulent dans les vais-
seaux sanguins pendant l’infection
Pour comprendre l’importance de ces propriétés li-
quides uniques dans le contexte de l’infection à mé-
ningocoque, les chercheurs ont caractérisé comment
les agrégats bactériens prolifèrent dans des canaux
microfluidiques qui miment les vaisseaux sanguins.
Étonnamment, la souche sauvage croit en s‘adaptant
rapidement à la géométrie imposée, par contre un
mutant solide pour lequel l’attraction entre bacté-
ries est toujours branchée arrête rapidement de pro-
liférer. Ce résultat était confirmé aussi in vivo dans
un modèle animal d’infection, avec le mutant solide
montrant un défaut très marqué de colonisation des
vaisseaux sanguins. En se regroupant ainsi, les bac-
téries s’adaptent donc à la forme des vaisseaux san-
guins et poussent comme une gelée pour coloniser
efficacement leur hôte, allant jusqu’à créer des hé-
morragies mortelles.
En conclusion, au-delà de proposer une meilleure
compréhension d’une infection humaine létale, cette
étude pluridisciplinaire dévoile un nouveau type de
matière active, basée sur la présence des forces at-
tractives intermittentes entre ses éléments consti-
tuants.
English version
During invasive meningococcal infections, bacteria
accumulate and eventually fill blood vessels, causing
severe pathologies in humans such as septicemia
and meningitis. Despite antibiotic treatment, the
C. R. Biologies, 2020, 343, n 1, 23-25
Daria Bonazzi et al. 25
mortality rate for these infections remains very high.
However, the mechanisms governing the formation
of bacterial aggregates and their impact on infection
were not known.
Intrigued by the formation of these intravascular
aggregates, Daria Bonazzi, Post-doc in the “Patho-
genesis of Vascular Infections" Unit headed by Guil-
laume Duménil at the Pasteur Institute, has been
working with several teams of physicists to under-
stand this stage of the infection.
1. A viscous liquid with original properties
Thanks to rheology experiments by micropipette as-
piration carried out in collaboration with the team of
Nelly Henry (CNRS, UPMC) and Julien Husson (Lad-
Hyx), it appears from this study that meningococ-
cal aggregates have atypical viscous liquid properties,
with a viscosity similar to that of honey. At the micro-
scopic level, bacteria inside the aggregates move dif-
ferently according to their relative position. In par-
ticular, bacteria at the edge show a higher “motility"
than the one of single, freely diffusing bacteria, an
unexpected property of this active fluid.
The viscous liquid properties of the aggregates de-
pend on a virulence factor called type IV pilus. These
are long, adhesive, dynamic filaments that are con-
stantly extending and retracting at the bacterial sur-
face. These filaments allow the bacteria to find each
other, get closer and come into contact in a reversible
way. Aggregation is therefore based on an inter-
mittent process of attraction between bacteria, i.e.
there is an alternation between attraction and non-
attraction.
2. A physical model to understand this new
type of active material
To better understand bacterial aggregation, the
teams of Raphael Voituriez (CNRS, UPMC) and
Hugues Chaté (CEA, CNRS, Paris-Saclay University)
have developed a theoretical model together with
numerical simulations. In the model, neighboring
particles interact in pairs according to a repulsive
potential at short distances and an attractive po-
tential at medium distances. This is very classical.
The specificity of the model comes from the inter-
mittence of the attractive part, which is switched on
and off according to probabilistic rules. If the ratio
of the typical times during which the attraction is
switched on and off is too small, no aggregates are
formed. If this parameter is large enough, aggrega-
tion takes place and gives rise to clusters with unex-
pected properties. The model summarizes the motil-
ity distribution of the bacteria in the aggregate, thus
revealing a new type of active matter, based on the
presence of intermittent attractive forces between
its constituents. This time relationship thus defines
a phase diagram of the aggregation process, which
could be validated experimentally using bacterial
mutants in the pili.
3. Liquid aggregates flow into the blood vessels
during infection
To understand the importance of these unique fluid
properties in the context of meningococcal infec-
tion, researchers have characterized how bacterial
aggregates proliferate in microfluidic channels that
mimic blood vessels. Surprisingly, the wild-type
strain grows by rapidly adapting to the imposed ves-
sel geometry, whereas a solid mutant in whom the at-
traction between bacteria is never shut down quickly
stops proliferating. This result was also confirmed by
in vivo experiments in an animal model of infection,
with the solid mutant showing a very marked defect
in blood vessel colonization. Altogether, these results
show that meningococcal aggregates grow like a jelly
and adapt to the geometry of the capillary network
to effectively colonize their host, leading to vascular
damage and lethal hemorrhages.
In conclusion, beyond proposing a better under-
standing of a human infection, this multidisciplinary
study reveals a new type of active matter, based
on the presence of intermittent attractive forces be-
tween its constitutive elements.
Référence / Reference
[1] D. Bonazzi, V. Lo Schiavo, S. Machata, I. Djafer-Cherif, P. Nivoit,
V. Manriquez, H. Tanimoto, J. Husson, N. Henry, H. Chaté,
R. Voituriez, G. Duménil, « Intermittent pili-mediated forces
fluidize Neisseria meningitidis aggregates promoting vascular
colonization », Cell 174 (2018), n 1, p. 143-155.
C. R. Biologies, 2020, 343, n 1, 23-25


Un nouveau type de matière active explique la formation d’agrégats bactériens et leur impact sur l’infection à méningocoque

Isabel Ballesteros

Pablo Castillejo

Adriana Paulina Haro

Cuthy Cristina Montes

Carla Heinrich

Eduardo Alexis Lobo

Genetic barcoding of Ecuadorian epilithic diatom species suitable as water quality bioindicators

Jean Weissenbach

Comptes Rendus
Biologies
Jean Weissenbach
Comments on the origin of the genetic code: a 27-codon hypothetical
precursor of an intricate 64-codon intermediate shaped the modern
code
Volume 343, issue 4 (2020), p. 7-9
Published online: 21 April 2021
https://doi.org/10.5802/crbiol.46
This article is licensed under the
Creative Commons Attribution 4.0 International License.
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Les Comptes Rendus. Biologies sont membres du
Centre Mersenne pour l’édition scientifique ouverte
www.centre-mersenne.org
e-ISSN : 1768-3238
Comptes Rendus
Biologies
2020, 343, n 4, p. 7-9
https://doi.org/10.5802/crbiol.46
News and Views / C’est apparu dans la presse
Comments on the origin of the genetic code:
a 27-codon hypothetical precursor of an intricate
64-codon intermediate shaped the modern code
Commentaires sur l’origine du code génétique : un hypothétique
précurseur de 27 codons d’un intermédiaire complexe de 64
codons a façonné le code moderne
JeanWeissenbacha
a Génomique Métabolique, Genoscope, Institut François Jacob, CEA, CNRS,
Univ Evry, Université Paris-Saclay, 91057 Evry, France
E-mail: Jean.Weissenbach@genoscope.cns.fr
Manuscript received and accepted 25th February 2021.
The origin of the genetic code and its evolution re-
mains one of the great enigmas of contemporary bi-
ology. Since the mid-1960s, following the decipher-
ing of the genetic code, hypotheses and models have
followed one another. But the debate remains to-
tally open today. A great deal of data, which sheds
new light on the issue, has also accumulated in re-
cent decades. It is in this context that this article by
Bernard Dujon presents a new possible evolutionary
path based on a set of facts, sometimes antagonistic,
known to date [1].
The central hypothesis of this model postulates
that the current genetic code derives from an an-
cestral system in which nucleic acids contain only
three nucleobases making 27 possible triplets. The
combination chosen by Dujon would include bases
G, U and C and would allow the formation of G–C
and G–U basepairs in the translation process. This
codon/anticodon recognition system would rely on
the formation of a strict Watson–Crick basepair in
central position 2, flanked by often less stable pairs
in 1 and 3 of the codon-anticodon associations. This
would make it possible to code for a limited number
of amino acids among which we find 5 current amino
acids. The main difficulty of such a code is its replica-
tion, since G could pair with C or U. It is likely that in
the synthesis of the complementary strand, the C’s,
whose pairing with G is more stable, will be preferen-
tially incorporated into the neo-transcribed strand.
To restore the lost U’s, an oxidative deamination of
some C’s could act as a more or less faithful editing
process. One could also consider other mechanisms
ISSN (electronic) : 1768-3238 https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/biologies/
8 Jean Weissenbach
for restoring the initial sequence or assume that these
poly (U, C, G) RNAs are randomly assembled without
the help of a template.
The operation of such a recognition system has a
whole set of consequences on the reading process,
in particular the existence of (1) ambiguities in the
recognition of codons by anticodons of tRNAs carry-
ing distinct amino acids and (2) intricacies in which
the same anticodon can recognize codons encod-
ing different amino acids. In support of his hypothe-
sis, Dujon mentions two main types of observations:
(1) that the enzymes that activate the tRNAs , carrying
the 5 amino acid of this reduced code, belong all to
the same class of tRNA synthetases and (2) the anal-
ysis of variant codes found in certain protists and in
cellular organelles.
Dujon then envisages the progressive transition
from the 27 triplet code to the modern 64-codon
code. His scenario postulates the integration of a sec-
ond purine (A) in the coding sequences. This inte-
gration of A will be accompanied by the progres-
sive extension of the repertoire of amino acids com-
posing the proteins up to the current 20 as well
as important changes in the decoding/translation
process. An increase in the matching possibilities
will progressively allow a gain in robustness of the
codon/anticodon pairing which will include 2 strict
Watson–Crick pairs at least, resulting in a more ac-
curate decoding accompanied by a complexifica-
tion of the code. e.g.an increase in the stringency of
the pairing between position 1 of the codons and 3
of the anticodons enabled by the establishment of
strict Watson–Crick pairs will reduce and progres-
sively eliminate coding ambiguities and intricacies.
Dujon goes so far as to propose a chronology and
dating of certain stages in the transition to the mod-
ern code in connection with environmental changes
such as the beginning of oxygen accumulation in the
atmosphere.
This article integrates many facts established in
recent decades and proposes a coherent vision of the
evolution of the genetic code from an early stage of
its existence, certainly hypothetical, but possible. As
is often the case, this novel hypothesis raises many
new questions. As a result, it constitutes a new basis
for discussion for anyone interested in the establish-
ment of the very fundamental biological processes.
Bernard Dujon’s model provides a new view that fur-
ther enriches this major debate that has been ongo-
ing in the community for nearly 60 years.
French version
L’origine du code génétique et son évolution restent
une des grandes énigmes de la biologie contempo-
raine. Depuis le milieu des années 60, à la suite du
décryptage du code génétique, les hypothèses et les
modèles se sont succédé. Mais le débat reste aujour-
d’hui totalement ouvert. De nombreuses données,
qui permettent d’éclairer la question sous un jour
nouveau se sont aussi accumulées au cours des dé-
cennies récentes. C’est dans ce contexte que cet ar-
ticle de Bernard Dujon présente une nouvelle voie
d’évolution possible qui s’appuie sur un ensemble
des faits, parfois antagonistes, connus à ce jour [1].
L’hypothèse centrale de ce modèle postule que le
code génétique actuel dérive d’un système ancestral
dans lequel les acides nucléiques ne contiendraient
que trois nucléobases, soit 27 triplets possibles. La
combinaison retenue par Dujon inclurait les bases
G, U et C et autoriserait la formation des apparie-
ments G–C et G–U dans le processus de traduction.
Ce système de reconnaissance codon/anticodon re-
poserait sur la formation d’un appariement de type
Watson–Crick strict en position centrale 2, flanqué
de paires souvent moins stables en 1 et 3 des asso-
ciations codon-anticodon. Ceci permettrait de coder
pour un nombre limité d’aminoacides parmi lesquels
on retrouve 5 aminoacides actuels. La principale dif-
ficulté d’un tel code est sa réplication, puisque G
pourrait s’apparier avec C ou U. Il est vraisemblable
que dans la synthèse du brin complémentaire, les C
dont l’appariement avec G est plus stable, seront pré-
férentiellement incorporés dans le brin néotranscrit.
Pour rétablir les U perdus, une désamination oxyda-
tive de certains C pourrait agir comme un proces-
sus d’édition plus ou moins fidèle. On pourrait aussi
envisager d’autres mécanismes de rétablissement de
la séquence initiale ou supposer que ces ARN poly
(U, C, G) sont assemblés au hasard sans l’aide d’une
matrice.
Le fonctionnement d’un tel système de reconnais-
sance entraîne tout un ensemble de conséquences
sur le processus de lecture, en particulier l’existence
(1) d’ambiguïtés de reconnaissance de codons par
C. R. Biologies — 2020, 343, n 4, 7-9
Jean Weissenbach 9
des anticodons de tRNA portant des aminoacides
distincts et (2) des intrications dans lesquelles un
même anticodon peut reconnaître des codons de
sens différents. A l’appui de son hypothèse, Du-
jon mentionne principalement deux types d’obser-
vations : (1) l’appartenance des enzymes d’activa-
tion des tRNA, utiles à la traduction du code réduit
à 5 aminoacides, à une seule des deux classes de
tRNA synthétases et (2) l’analyse des codes variants
trouvés chez certains protistes et dans les organites
cellulaires.
Dujon envisage ensuite le passage progressif de
ce code à 27 triplets au code moderne à 64 codons.
Son scénario postule l’intégration d’une deuxième
purine (A) dans les séquences codantes. Cette inté-
gration de A va s’accompagner de l’extension pro-
gressive du répertoire d’aminoacides constituant les
protéines jusqu’aux 20 actuels ainsi que de chan-
gements importants au niveau du processus de dé-
codage/traduction. Une augmentation des possibili-
tés d’appariement va progressivement permettre un
gain de robustesse des liaisons codon/anticodon qui
comprendra au moins 2 paires Watson–Crick strictes,
d’où un décodage plus précis s’accompagnant d’une
complexification du code. Parmi ces gains de ro-
bustesse on peut prendre l’exemple de l’augmenta-
tion de la rigidité de l’appariement en position 1 des
codons et 3 des anticodons grâce à l’établissement de
vraies paires Watson–Crick qui réduiront puis sup-
primeront les ambiguïtés de codage et les intrica-
tions. Dujon va jusqu’à proposer une chronologie et
une datation de certaines étapes dans la transition
vers le code moderne en liaison avec les change-
ments environnementaux tels que le début d’accu-
mulation d’oxygène dans l’atmosphère.
Cet article intègre de nombreux faits établis au
cours des décennies récentes et propose une vision
cohérente de l’évolution du code génétique à par-
tir d’une phase précoce de son existence, certes hy-
pothétique, mais possible. Cette hypothèse inédite,
comme souvent, suscite de nombreuses questions
nouvelles. De ce fait elle constitue une nouvelle base
de discussion pour toute personne intéressée par la
mise en place des processus biologiques fondamen-
taux. Le modèle de Bernard Dujon apporte un nouvel
angle d’attaque à ce débat majeur qui anime la com-
munauté depuis bientôt 60 ans.
References
[1] B. Dujon, “On the origin of the genetic code: a 27-codon
hypothetical precursor of an intricate 64-codon intermediate
shaped the modern code”, C. R. Biol. Acad. Sci. 343 (2021),
no. 4, p. 15-52.
C. R. Biologies — 2020, 343, n 4, 7-9


Comments on the origin of the genetic code: a 27-codon hypothetical precursor of an intricate 64-codon intermediate shaped the modern code

Michel Delseny

Biographie de Roland Douce

Lluis Quintana-Murci

Dangerous liaisons: human genetic adaptation to infectious agents

Alain Chédotal

Comptes Rendus
Biologies
Alain Chédotal
L’horloge de segmentation humaine sonne toutes les cinq heures
Volume 343, issue 1 (2020), p. 7-8
Published online: 5 June 2020
https://doi.org/10.5802/crbiol.11
This article is licensed under the
Creative Commons Attribution 4.0 International License.
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Les Comptes Rendus. Biologies sont membres du
Centre Mersenne pour l’édition scientifique ouverte
www.centre-mersenne.org
e-ISSN : 1768-3238
Comptes Rendus
Biologies
2020, 343, n 1, p. 7-8
https://doi.org/10.5802/crbiol.11
C’est apparu dans la presse / News and Views
L’horloge de segmentation humaine sonne toutes les
cinq heures
The human segmentation clock rings every five hours
Alain Chédotala
a Institut de la vision, Paris, France, Membre de l’Académie des sciences.
Courriel : Alain.chedotal@inserm.fr.
Manuscrit reçu le 18 avril 2020, accepté le 20 avril 2020.
Les vertèbres et les côtes, ainsi que certains
muscles et tissus conjonctifs sont issus de structures
embryonnaires paires et segmentées, les somites, au
nombre de 35 à 37 chez l’homme, qui sont réparties
le long de l’axe antéro-postérieur de l’embryon. On
retrouve des somites chez tous les vertébrés, et il y en
a des centaines dans l’embryon de certains serpents.
Les somites sont produits de manière cyclique, en
bourgeonnant régulièrement depuis la région cau-
dale du mésoderme, non segmentée. Les somites les
plus “vieux ” sont donc aussi les plus antérieurs. Des
travaux réalisés il y a plusieurs années par le groupe
d’Olivier Pourquié avaient permis de montrer que
chez l’embryon de poulet, l’expression oscillatoire de
gènes de développement programme une véritable
horloge moléculaire contrôlant la production des
somites au rythme d’un nouvelle paire toutes les
90 min [1]. Ce cycle est de 30 min chez le poisson-
zèbre, et de deux heures et demie chez la souris.
Chez l’homme, les somites commencent à se for-
mer autour de la troisième semaine embryonnaire,
mais l’existence de vagues d’expression génique
cycliques dans les somites humains ainsi que leur
durée étaient inconnues. Ces lacunes s’expliquent
assez facilement par des raisons éthiques (pas d’ex-
périmentation sur l’embryon humain au-delà des
deux semaines qui suivent la fécondation) et aussi
l’impossibilité technique de suivre in utero le déve-
loppement d’embryons humains de cet âge.
Dans un travail récent publié dans la revue Cell [2],
l’équipe d’Olivier Pourquié, à l’université de Harvard,
a contourné ce problème et réussi à résoudre cette
énigme. Le professeur Yamanaka (Prix Nobel de mé-
decine en 2012) a montré qu’il est possible, avec
un cocktail de gènes défini, de reprogrammer des
cellules matures, différenciées (par exemple de la
peau) et de leur restituer la capacité de produire
tous les types cellulaires des différents organes [3].
Ces cellules reprogrammées, sont appelées cellules
souches pluripotentes induites, ou CSPis. Pour leur
étude, l’équipe du Dr Pourquié a mis au point un
protocole expérimental qui permet, avec seulement
2 molécules chimiques, de transformer des CSPis en
cellules du mésoderme pré-somitique, d’où naissent
les somites. Les chercheurs ont ensuite fait exprimer
par ces cellules des protéines connues pour avoir
une expression cyclique au cours de la somitogenèse
des vertébrés, et les ont couplées à des indicateurs
ISSN (electronic) : 1768-3238 https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/biologies/
8 Alain Chédotal
fluorescents pour pouvoir observer en temps réel,
au microscope l’évolution de la concentration de ces
protéines dans les cellules d’identité pré-somitique.
Les résultats, spectaculaires, ont montré que l’hor-
loge de segmentation tourne bien dans les cellules
humaines avec un cycle de 5 heures. Par ailleurs, les
cellules qui cyclent sont synchronisées, selon un pro-
cessus qui met en jeu la voie de signalisation Notch.
Ces travaux illustrent une nouvelle fois l’extraordi-
naire conservation évolutive des processus embryon-
naires fondamentaux tels que la somitogenèse. Ils
ouvrent également la voie vers la production à grande
échelle de cellules capables de donner des muscles et
des os pouvant servir à comprendre des pathologies
humaines et à développer de nouveaux outils théra-
peutiques.
English version
The vertebrae and ribs, as well as some muscles and
connective tissues, are derived from paired and seg-
mented embryonic structures, the somites, of which
there are 35 to 37 in humans, distributed along the
antero-posterior axis of the embryo. Somites exist
in all vertebrates, and there are hundreds of them in
some snake embryos. Somites are produced cycli-
cally, budding regularly from the unsegmented cau-
dal region of the mesoderm. The “oldest” somites
are therefore also the most anterior. Work carried
out several years ago by Olivier Pourquié’s group had
shown that in the chicken embryo, the oscillatory ex-
pression of developmental genes programs a bona
fide molecular clock controlling the production of
somites at the rate of a new pair every 90 min [1].
This cycle is of 30 min in zebrafish and two and a
half hours in mice. In humans, somites begin to
form around the third week of embryonic develop-
ment, but the existence of cyclic waves of gene ex-
pression in human somites and their duration were
unknown. These shortcomings are quite easily ex-
plained by ethical reasons (no experimentation on
the human embryo beyond two weeks after fertiliza-
tion) and also by the technical impossibility of follow-
ing in utero the development of human embryos of
this age.
In a recent work published in the journal Cell [2],
Olivier Pourquié’s team at Harvard University has cir-
cumvented this problem and succeeded in solving
this enigma. Professor Yamanaka (Nobel Prize in
Medicine in 2012) has shown that it is possible, with
a defined cocktail of genes, to reprogram mature, dif-
ferentiated cells (for example from the skin) and re-
store their capacity to produce all the cell types found
in body organs [3]. These reprogrammed cells are
called induced pluripotent stem cells, or iPSCs. For
their study, Dr. Pourquié’s team developed an exper-
imental protocol that allows, with only 2 chemical
compounds, to transform iPSCs into cells of the pre-
somitic mesoderm, from which somites are born.
Next, the researchers had these cells express proteins
that are known to be cyclically expressed during ver-
tebrate somitogenesis and coupled them to fluores-
cent indicators so that changes in the concentration
of these proteins in pre-somitic identity cells could
be observed in real time under the microscope. The
results are spectacular and show that the segmen-
tation clock runs in human cells with a 5-hour cy-
cle. In addition, the cycling cells are synchronized
via cell-cell interactions that involves the Notch sig-
nalling pathway.
This work illustrates, once again, the extraordi-
nary evolutionary conservation of fundamental em-
bryonic processes such as somitogenesis. It also
paves the way for the large-scale production of cells
capable of producing muscles and bones that could
be used to understand human pathologies and de-
velop new therapeutic tools.
Références / References
[1] I. Palmeirim, D. Henrique, D. Ish-Horowicz, O. Pourquié,
« Avian hairy gene expression identifies a molecular clock lin-
ked to vertebrate segmentation and somitogenesis », Cell 91
(1997), p. 639-648.
[2] M. Diaz-Cuadros, D. E. Wagner, C. Budjan, A. Hubaud, O. A.
Tarazona, S. Donelly, A. Michaut, Z. Al Tanoury, K. Yoshioka-
Kobayashi, Y. Niino, R. Kageyama, A. Miyawaki, J. Touboul,
O. Pourquié, « In vitro characterization of the human segmen-
tation clock », Nature 580 (2020), p. 113-118.
[3] Y. Shi, H. Inoue, J. C. Wu, S. Yamanaka, « Induced pluripotent
stem cell technology : a decade of progress », Nat. Rev. Drug
Discov. 16 (2017), p. 115-130.
C. R. Biologies, 2020, 343, n 1, 7-8


L’horloge de segmentation humaine sonne toutes les cinq heures

Bernard Dujon

Comptes Rendus
Biologies
Bernard Dujon
To identify the panoply of somatic mutations in each cell
Volume 343, issue 3 (2020), p. 211-213
Published online: 4 February 2021
https://doi.org/10.5802/crbiol.25
This article is licensed under the
Creative Commons Attribution 4.0 International License.
http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Les Comptes Rendus. Biologies sont membres du
Centre Mersenne pour l’édition scientifique ouverte
www.centre-mersenne.org
e-ISSN : 1768-3238
Comptes Rendus
Biologies
2020, 343, n 3, p. 211-213
https://doi.org/10.5802/crbiol.25
News and Views / C’est apparu dans la presse
To identify the panoply of somatic mutations in each
cell
Identifier la panoplie des mutations somatiques de chaque
cellule
Bernard Dujona
a Sorbonne Université, Paris & Département “Genomes and Genetics”, Institut
Pasteur, 25, rue du Docteur Roux, F75015 Paris, France
E-mail: bdujon@pasteur.fr
Manuscript received 20th October 2020, accepted 23rd October 2020.
While advances in DNA sequencing have already
revealed many mutations in somatic tissues and can-
cers, the genetic heterogeneity of the cells that make
them up has so far remained difficult to access. This
difficulty limits our understanding of the phenomena
that take place during aging or cancer proliferation.
It results from the limitations of single cell genome
sequencing because there is, in a diploid cell, only
one DNA molecule corresponding to each parental
allele [1]. Two methods partially solve the problem:
in vitro culture of isolated cells or amplification of the
DNA to be sequenced by PCR. But each has its limita-
tions. Not all differentiated cell types are suitable for
in vitro culture. And DNA amplification is a source of
random mutations that must be distinguished from
those that we are trying to identify in the genome of
the cell under study.
In a particularly well-conducted recent work, the
authors have made significant progress in address-
ing this problem [2]. Having chosen to focus on
melanocytes, they reveal a rich mutational landscape
in cells derived from elderly (63 to 85 years old) peo-
ple of European origin, living or recently deceased,
with or without melanoma. For each of the 6 donors,
4 men and 2 women, skin samples taken from dif-
ferent points of the body exposed to varying de-
grees of solar radiation (face, back, shoulders, soles
of the feet, etc.) were studied. Unlike keratinocytes,
melanocytes only represent a small proportion of
skin cells, making their individual analysis essential.
Several critical steps are used to identify the muta-
tions present in the genomes of these cells and to dis-
tinguish them from technical artifacts.
First, isolated cells are cultured in vitro for a lim-
ited number of generations resulting in colonies of
only a few hundred cells from which DNA and RNA
molecules are extracted and then amplified sepa-
rately for sequencing. The interest of sequencing
RNA is twofold. It ensures that the colonies come
from melanocytes and not from other skin cells (the
transcriptomes are distinct) and it facilitates the dis-
tinction between the mutations sought (which will
ISSN (electronic) : 1768-3238 https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/biologies/
212 Bernard Dujon
be coincident between the RNA and DNA sequences)
and the numerous random mutations due to the am-
plifications. Next, the authors use two genetic screens
to sort the mutations sought from those produced
during amplification: haplotypic phasing and allelic
frequency within DNA sequence readings. The first
screen is applicable to any mutation sufficiently close
to a heterozygous variant (true mutations are al-
ways associated with one of the two parental alle-
les, never with the other). For other mutations, a fre-
quency of 50% of the readings is required. For the
133 melanocytes studied in this way from normal
skin samples flanking or not a melanoma, the aver-
age number of mutations found is 7.9 per Mb, with a
very large individual variation (from 0.8 to 32).
By focusing on the sequences of more than 500
genes known to be involved in cancers, as well as
whole exomes in about a third of the melanocytes
studied, the authors offer us an original panoply of
somatic mutations (37 on average in each cell for the
500 genes selected), some of which are potentially
pathogenic. Surprisingly, melanocytes from regions
of the body most regularly exposed to the sun, such
as the face, have a lower average number of muta-
tions than those from regions of the body irregularly
exposed to the sun. While the explanation of this phe-
nomenon remains to be discovered, this difference
corroborates the fact that melanomas occur most
often in the latter regions. More importantly, while
many of the observed mutations bear the expected
signature of UV induction, some melanocytes have
far fewer mutations than others in the same biopsy
as if they were protected from mutations for an un-
known reason (the hypothesis of radiation protec-
tion by hair follicles is being considered). According
to the authors, the presence of cells with few mu-
tations among others that are abundantly mutated
is reminiscent of what is observed in the lung cells
of some former smokers. Finally, while about 20% of
melanocytes show at least one mutation likely to lead
to cancerous development, the authors noted that
several cells from the same biopsy showed the same
type of mutation, suggesting some scattered multi-
plication of precancerous cells in healthy tissues.
Beyond the great interest of these results for sub-
sequent studies on the appearance of melanomas,
this work opens a new path for the study of somatic
mutations in healthy tissues that could rapidly bring
us many essential discoveries.
French version
Si les progrès du séquençage de l’ADN ont déjà ré-
vélé de nombreuses mutations dans les tissus soma-
tiques et les cancers, l’hétérogénéité génétique des
cellules qui les composent est restée jusqu’à présent
difficile d’accès. Cette difficulté limite notre com-
préhension des phénomènes qui s’y déroulent du-
rant le vieillissement ou la prolifération cancéreuse.
Elle résulte des limites du séquençage des génomes
de cellules uniques car il n’existe, chez une cellule
diploïde, qu’une seule molécule d’ADN correspon-
dant à chaque allèle parental [1]. Deux méthodes
permettent de résoudre partiellement le problème :
cultiver in vitro les cellules isolées ou amplifier l’ADN
à séquencer par PCR. Mais chacune a ses limitations.
Tous les types de cellules différenciées ne se prêtent
pas à la culture in vitro. Et l’amplification de l’ADN
est source de mutations aléatoires qu’il faudra distin-
guer de celles que l’on cherche à identifier dans le gé-
nome de la cellule étudiée.
Dans un travail récent particulièrement bien
conduit, les auteurs font progresser ce problème de
manière significative [2]. Ayant choisi de s’intéresser
aux mélanocytes, ils révèlent un riche paysage mu-
tationnel chez des cellules de personnes âgées (63
à 85 ans) d’origine européenne, vivantes ou récem-
ment décédées et atteintes ou non de mélanomes.
Pour chacun des 6 sujets, 4 hommes et 2 femmes,
des prélèvements cutanés faits en différents points
du corps exposés à des degrés variables au rayonne-
ment solaire (visage, dos, épaules, plante des pieds,
. . . ) ont été étudiés. Contrairement aux kératinocytes,
les mélanocytes ne représentent qu’une faible pro-
portion des cellules cutanées, rendant indispensable
leur analyse individuelle. Plusieurs étapes critiques
sont utilisées pour identifier les mutations présentes
dans les génomes de ces cellules et les distinguer
d’artefacts techniques.
C. R. Biologies, 2020, 343, n 3, 211-213
Bernard Dujon 213
D’abord, les cellules isolées sont cultivées in vi-
tro pour un nombre limité de générations aboutis-
sant à des colonies de quelques centaines de cel-
lules seulement à partir desquelles sont extraites les
molécules d’ADN et d’ARN qui sont ensuite ampli-
fiées séparément pour le séquençage. L’intérêt de
séquencer les ARN est double. Il permet de s’assu-
rer que les colonies proviennent bien de mélano-
cytes et non d’autres cellules cutanées (les trans-
criptomes sont distincts) et il facilite la distinction
entre les mutations recherchées (qui seront coïnci-
dentes entre les séquences d’ARN et d’ADN) et les
nombreuses mutations aléatoires dues aux ampli-
fications. Ensuite, les auteurs utilisent deux cribles
génétiques pour trier les mutations recherchées de
celles produites pendant l’amplification : le phasage
haplotypique et la fréquence allélique au sein des lec-
tures de séquence d’ADN. Le premier crible est appli-
cable à toute mutation suffisamment proche d’un va-
riant hétérozygote (les vraies mutations sont toujours
associées à l’un des deux allèles parentaux, jamais
à l’autre). Pour les autres mutations, une fréquence
de 50% des lectures est demandée. Pour les 133 mé-
lanocytes étudiés de cette façon issus d’échantillons
de peau normale à proximité ou non de mélanomes,
la moyenne du nombre de mutations trouvées est
de 7,9 par Mb, avec une très grande variation indi-
viduelle (de 0,8 à 32).
En se focalisant sur les séquences de plus de 500
gènes connus pour leur implication dans les can-
cers, ainsi que sur les exomes entiers chez environ
un tiers des mélanocytes étudiés, les auteurs nous
offrent une panoplie originale de mutations soma-
tiques (37 en moyenne dans chaque cellule pour les
500 gènes sélectionnés) parmi lesquelles certaines
sont potentiellement pathogènes. De façon surpre-
nante, les mélanocytes des régions du corps les plus
régulièrement exposées au soleil, comme le visage,
ont un nombre moyen de mutations moins élevé
que ceux provenant de régions du corps irrégulière-
ment exposées au soleil. Alors que l’explication de
ce phénomène reste à découvrir, ceci corrobore le
fait que les mélanomes apparaissent le plus souvent
dans ces dernières régions. Mais surtout, alors que
nombre des mutations observées portent la signature
attendue d’une induction par les rayons UV, certains
mélanocytes ont beaucoup moins de mutations que
d’autres dans la même biopsie comme s’ils étaient
protégés des mutations pour une raison inconnue
(l’hypothèse d’une protection des rayonnements par
les follicules pileux est envisagée). La présence de
cellules peu mutées parmi d’autres qui le sont abon-
damment rappelle, selon les auteurs, ce que l’on ob-
serve au niveau des cellules pulmonaires de certains
anciens fumeurs. Enfin, alors qu’environ 20% des
mélanocytes montrent au moins une mutation sus-
ceptible d’entrainer un développement cancéreux,
les auteurs ont remarqué que plusieurs cellules is-
sues de la même biopsie montraient une même mu-
tation de ce type, suggérant une certaine multiplica-
tion dispersée de cellules précancéreuses dans des
tissus sains.
Au-delà du grand intérêt de ces résultats pour les
études ultérieures sur l’apparition des mélanomes,
ce travail ouvre une nouvelle voie pour l’étude des
mutations somatiques dans les tissus sains suscep-
tible de nous apporter rapidement de nombreuses
découvertes essentielles.
References
[1] C. Gawad et al., “Single-cell genome sequencing: current state
of the science”, Nature Rev. Genet. 17 (2016), p. 175-188.
[2] J. Tang et al., “The genomic landscapes of individ-
ual melanocytes from human skin”, Nature (2020),
doi:10.1038/s41586-020-2785-8 (october 7 on-line).
C. R. Biologies, 2020, 343, n 3, 211-213


Not a member yet