Des recherches récemment effectuées à l’Institut Weizmann donnent une image complexe de la progression du cancer au cours de laquelle certains gènes stimulant la croissance des tumeurs durant les phases précoces de la maladie sont supprimés à des stades plus avancés, faisant un pas en arrière pour ensuite avancer. Une recherche en cours dans le laboratoire du professeur Avri Ben-Ze’ev, du département de Biologie moléculaire de la cellule, suggère que les cellules tumorales du front invasif d’un cancer colorectal humain de stade avancé, pourrait effectuer un pas en arrière encore plus grand. Certaines de leurs formes d’expression génique sont semblables à celles des cellules souches intestinales saines.

Le cancer colorectal est le plus mortel lorsque le cancer a métastasé (il s’étend alors à d’autres organes du corps, en particulier au foie). Le professeur Ben-Ze’ev et son groupe avaient déjà découvert qu’une mutation trouvée dans 80 % de tous les cancers colorectaux menait à l’augmentation de l’expression d’un autre gène, nommé L1, en particulier dans les cellules à l’avant-garde de la croissance métastatique. L1 est connu pour jouer un rôle dans l’adhésion cellule-cellule ; dans la recherche actuelle, des recherches plus approfondies de l’expression de L1 a mené le groupe à un autre gène, le SMOC-2.

Les chercheurs ont étudié le rôle de ce gène chez les modèles murins de métastases hépatiques du cancer colorectal, et ont trouvé qu’au cours de cette phase L1 avait produit des taux élevés de SMOC-2. Lorsque les chercheurs ont augmenté les taux de SMOC-2 dans les cellules du cancer colorectal humain, leur métastase vers le foie a été rapide et agressive. Réciproquement, le blocage du gène dans les cellules du cancer du côlon a inhibé leur métastase, indiquant de manière incontestable que l’activation de SMOC-2 par L1 joue un rôle essentiel dans la dissémination de ce cancer.

De la même façon, des taux élevés de SMOC-2 ont été observés par un autre groupe, dans les cellules souches de l’intestin de souris, celles qui fournissent le remplacement de cellules dans la paroi intestinale. Le groupe du professeur Ben-Ze’ev a découvert que SMOC-2 était normalement exprimé dans le côlon uniquement dans les niches protégées des cellules souches au fond des ‘cryptes du côlon’ en forme de tubes. Au contraire, dans le cas du cancer colorectal humain, le gène était exprimé dans les régions plus invasives de la tumeur.

Que fait ce gène ? SMOC-2 code une molécule sécrétée par les cellules, et ensuite fait route vers le côté extérieur de la membrane cellulaire où il facilite le mouvement. On considère que cette molécule aide les cellules souches qui se différencient à se dégager de leurs ‘voisines’ et leur permet de remonter le long des parois des cryptes du côlon. De même les cancers métastatiques du côlon humain semblent activer ce gène pour leur permettre de s’éloigner.

Selon le professeur Ben-Ze’ev cette recherche soutient l’idée que lorsqu’un cancer se développe, il fait aussi marche arrière : on peut dire qu’une partie de ses cellules reviennent à un état moins mature, plus ressemblant aux cellules souches, qui favorise les métastases. Des examens supplémentaires de l’interaction de SMOC-2 avec d’autres gènes suggèrent qu’effectivement les cellules cancéreuses humaines adoptent certaines caractéristiques des cellules souches.

Le professeur Ben-Ze’ev espère que des recherches ultérieures permettront à l’avenir d’intervenir dans les activités de gènes comme SMOC-2, dans le but d’empêcher les métastases de ce cancer. Il espère aussi que les formes d’expression de SMOC-2 pourront en faire un marqueur idéal pour la détection des cancers colorectaux métastatiques.

Une supernova vue sous un nouvel éclairage

Les supernovae de type Ia sont les « éclairages standards » utilisés par les astrophysiciens pour représenter graphiquement les distances dans l’univers. Mais ces étoiles qui explosent dans un éblouissement sont-elles toutes pareilles ? Pour répondre à cette question, les chercheurs doivent d’abord comprendre ce qui provoque l’explosion des étoiles et les transforme en supernovae. Récemment, un intéressant projet collaboratif du California Institute of Technology (Caltech) et de l’Institut Weizmann des Sciences a donné un aperçu rare de ce processus. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature.

Ce projet, qui porte le nom de Palomar Transient Factory, est un système de télescope robotique, basé en Californie du Sud, qui scanne le ciel pendant la nuit pour observer les changements. Au mois de mai, à l’autre bout du monde, à l’Institut Weizmann, le docteur Ilan Sagiv s’est rendu compte que l’une des nouvelles lumières brillantes, vers laquelle le télescope de Palomar s’était dirigé, était en fait une supernova au quatrième jour de l’explosion. Il a alors donné l’alarme en menant le télescope spatial Swift, placé sur le satellite Swift de la NASA, en direction de l’explosion. Mais le télescope Swift a observé aussi une chose inhabituelle, se trouvant dans le domaine de l’ultraviolet qui est invisible à nos yeux.

Selon le professeur Avishay Gal-Yam, du département de Physique des particules et d’astrophysique, l’observation dans l’ultraviolet est essentielle parce qu’à l’origine, les explosions de la supernova sont tellement puissantes que les informations les plus importantes ne peuvent être recueillies que là où la longueur d’onde est petite. Elle peut être observée uniquement par un télescope spatial car les longueurs d’ondes ultraviolettes sont filtrées et éliminées par l’atmosphère terrestre.

Les chercheurs ont rassemblé des informations allant des rayons X énergétiques et de l’ultraviolet aux longueurs d’ondes de la radio, ce dernier effort étant mené par le docteur Assaf Horesh. Un doctorant de Caltech, Yi Cao, qui est le premier auteur de l’article, et le professeur S. Kulkarni, son conseiller, ont comparé les chiffres obtenus à partir de ces informations avec différents modèles afin de trouver lesquels correspondaient. Les astrophysiciens sont généralement d’accord avec l’idée que les étoiles en état d’explosion qui deviennent des supernovae de type Ia sont de vieilles étoiles extrêmement denses, qu’on appelle ‘naines blanches’. Un certain nombre de modèles ont été suggérés pour expliquer ce qui les fait soudain exploser.

Les observations des ultraviolets ont permis aux chercheurs d’observer quelque chose qu’ils n’avaient jamais vu auparavant : un pic particulier, très court, dans le rayonnement à haute énergie, très tôt au cours de la phase initiale. Selon Gal-Yam, ce pic correspond à un modèle dans lequel une étoile naine a un compagnon géant, et il explique : « La naine blanche correspond à la masse du soleil contenue dans une sphère de la taille de la Terre, alors que son compagnon est environ 50 à 100 fois plus grand que le soleil. » La matière s’écoule de l’étoile diffuse vers l’étoile dense jusqu’à ce que, à un certain moment, la pression provenant de la masse ajoutée fasse exploser l’étoile la plus petite. Le pic de rayonnement est provoqué par la matière initiale rejetée lors de l’explosion qui se heurte au compagnon.

Selon le professeur Gal-Yam, les résultats obtenus par son groupe montrent, entre autres, l’importance des observations dans le domaine ultraviolet. Il a bon espoir que le mini satellite ULTRASAT, conçu par le professeur Eli Waxman, de l’Institut Weizmann, avec d’autres chercheurs, l’Agence spatiale israélienne, et NASA, qui fera des observations dans le domaine ultraviolet, pourra aider les chercheurs à découvrir si ce phénomène d’explosions est courant dans ce type de supernovae Ia.

La recherche du professeur Avishay Gal-Yam est financée par : Helen and Martin Kimmel Award for Innovative Investigation ; Helen Kimmel Center for Planetary Science ; Nella and Leon Benoziyo Center for Astrophysics ; et Benoziyo Endowment Fund for the Advancement of Science.

La recherche du professeur Eli Waxman est financée par le Benoziyo Center for Astrophysics, qu’il dirige. Le professeur Waxman est titulaire de la Max Planck Professorial Chair of Quantum Physics.

Les empreintes de notre odorat

Chaque personne a, dans le nez, environ six millions de récepteurs olfactifs d’environ quatre cents types différents. La distribution de ces récepteurs varie d’une personne à l’autre, au point que l’odorat d’une personne peut être unique en son genre. Dans une recherche récemment publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), des scientifiques de l’Institut Weizmann décrivent une méthode consistant à caractériser avec précision l’odorat d’une personne, ce qu’ils appellent ‘l’empreinte olfactive.’

Les implications de cette étude vont au-delà du seul sens de l’odorat, à partir du diagnostic précoce de maladies dégénératives du cerveau, basé sur les empreintes olfactives, jusqu’à un test non invasif établissant la compatibilité d’un donneur d’organes.

La méthode est basée sur la manière dont deux odeurs se ressemblent ou diffèrent l’une de l’autre. Durant la première phase de l’expérience, on demande aux volontaires d’évaluer 28 odeurs différentes selon 54 mots descriptifs différents, comme par exemple ‘citronnée’ ou ‘masculine’. Cette expérience a été menée par le docteur Lavi Secundo, avec le docteur Kobi Snitz et Kineret Weissler, tous trois faisant partie du laboratoire du professeur Noam Sobel, dans le département de Neurobiologie de l’Institut Weizmann. Ce groupe a développé une formule mathématique, complexe et multidimensionnelle, pour déterminer, en se basant sur les appréciations des sujets, à quel point deux odeurs sont semblables selon l’odorat humain. La force de cette formule, selon le docteur Secundo, est qu’elle ne demande pas aux sujets leur accord sur l’utilisation et l’applicabilité d’un quelconque descripteur verbal. Les empruntes sont, par conséquent, dépendantes uniquement des odeurs, et elles sont indépendantes des descripteurs et de la langue.

Les 28 odeurs produisent 378 paires différentes, ayant chacune un différent niveau de ressemblance. Ceci donne une empreinte à 378 dimensions. En utilisant cet outil extrêmement sensible, les chercheurs ont trouvé que chaque personne a un motif individuel unique : c’est son empreinte olfactive.

Cette découverte pourrait-elle s’étendre à des millions de personnes ? Selon les chercheurs, leurs calculs montrent que 28 odeurs seulement suffisent pour établir les empreintes d’environ deux millions de personnes, et que 34 odeurs suffiraient à identifier chacun des sept milliards d’habitants de la planète.

L’étape suivante de cette recherche permet de penser que nos empreintes olfactives pourraient concorder avec un autre de nos systèmes, qui diffère pour chacun d’entre nous : le système immunitaire. Ils ont découvert, par exemple, qu’un antigène immun, le HLA, actuellement utilisé pour évaluer la conformité indispensable au don d’organes, est en corrélation avec certaines empreintes olfactives. Cette partie de la recherche a été menée avec les docteurs Ron Loewenthal et Nancy Agmon-Levin, ainsi qu’avec le professeur Yehuda Shoenfeld, tous du Centre médical Sheba.

Les chercheurs pensent que les empreintes olfactives pourraient aider à identifier les individus, et qu’elles pourraient de plus être développées pour mettre au point des méthodes permettant la détection précoce de maladies comme celles de Parkinson et d’Alzheimer, ainsi que des méthodes non invasives de vérification de la compatibilité de la moelle osseuse et d’autres organes provenant de donneurs en vie.

La recherche du professeur Noam Sobel est financée par : Norman and Helen Asher Center for Brain Imaging, qu’il dirige ; Nella and Leon Benoziyo Center for Neurosciences, qu’il dirige ; Carl and Micaela Einhorn-Dominic Institute for Brain Research, qu’il dirige ; Nadia Jaglom Laboratory for the Research in the Neurobiology of Olfaction; Adelis Foundation ; James S. McDonnell Foundation – 21st Century Science Scholar in Understanding Human Cognition Program ; Mr. and Mrs. H. Thomas Beck (Canada) ; Minerva Foundation ; le European Research Council ; Nathan and Dora Oks (France) ; Mike and Valeria Rosenbloom through the Mike Rosenbloom Foundation ; et la succession de David Levidow.