Un article, intitulé «Observation of a strange pentaquark, a doubly charged tetraquark and its neutral partner», annonce l'observation par la collaboration internationale LHCb auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) de trois nouvelles particules : un nouveau type de « pentaquark » et la première paire de « tétraquarks » jamais détectée, comportant un nouveau type de tétraquark.

Relevons tout d'abord que « les quarks sont des particules élémentaires qui se déclinent en six saveurs : up (u), down (d), charme (c), étrange (s), top (t) et bottom (b) » et « s'assemblent généralement par groupes de deux ou trois pour former des hadrons, tels que les protons et les neutrons formant les noyaux des atomes ». Cependant, les quarks peuvent, plus rarement, se combiner en particules à quatre ou cinq quarks, dénommées respectivement 'tétraquarks' et de 'pentaquarks'.

En fait, « ces hadrons exotiques avaient été prédits il y a plus d’un demi-siècle par les théoriciens en même temps que les hadrons classiques, mais ce n'est que plus récemment, au cours des vingt dernières années, qu'ils ont été observés par LHCb et d'autres expériences ». Alors que « la plupart des hadrons exotiques découverts au cours des deux dernières décennies sont des tétraquarks ou des pentaquarks contenant un quark charme et un antiquark charme, les deux ou trois quarks restants pouvant être un quark up, down ou étrange, ou leur antiquark », au cours des deux dernières années, « LHCb a découvert différents types d'hadrons exotiques ».

Concrètement, « en 2020, la collaboration a découvert un tétraquark composé de deux quarks c et de deux antiquarks c, ainsi que deux 'tétraquarks à charme apparent', composés d'un antiquark c, d'un quark u, d'un quark d et d'un antiquark s », tandis que, « en 2021, elle a découvert le tout premier spécimen de 'tétraquark à double charme apparent', contenant deux quarks c et deux antiquarks (u et d) » (« Une particule est dite 'à charme apparent' lorsqu'elle contient un quark c sans antiquark équivalent »). Dans ce contexte, les nouvelles découvertes annoncées par la collaboration LHCb concernent de nouveaux types d'hadrons exotiques.

Plus précisément, « le premier type, observé lors de l'analyse de désintégrations de mésons B chargés négativement, est un pentaquark composé d'un quark c et d'un antiquark c, et d'un quark u, d'un quark d et d'un quark s » et « c’est la première fois qu’on trouve un pentaquark contenant un quark s ». Ce résultat « a une signification statistique de 15 écarts-types, ce qui est impressionnant en physique des particules, ce n’est qu’à partir de 5 écarts-types qu’on peut revendiquer l’observation d’une particule ».

Pour sa part, le deuxième type observé est un tétraquark à charme apparent doublement chargé électriquement, composé d'un quark c, d'un antiquark s, d'un quark u et d'un antiquark, qui « a été observé avec son homologue neutre lors d'une analyse conjointe des désintégrations de mésons B chargés positivement et de mésons B neutres ». Il s’agit de la première observation d'une paire de tétraquarks, observée « avec une signification statistique de 6,5 écarts-types (pour la particule doublement chargée) et de 8 écarts-types (pour la particule neutre) ».

Une étude, dont les résultats intitulés « Embryo-scale epithelial buckling forms a propagating furrow that initiates gastrulation » ont été publiés dans la revue Nature Communications, a, par des approches de microscopie à feuille de lumière couplée à des manipulations laser, d’analyse multidimensionnelle de morphométrie cellulaire et de simulation numérique, permis de découvrir un mécanisme responsable des changements morphologiques de l'embryon basé sur la formation d’une ligne de tension mécanique le long de l’embryon.

Relevons tout d'abord que « la gastrulation est le processus par lequel le tissu primordial de l’embryon, le blastoderme, se remodèle : différents groupes de cellules se déplacent dans différentes parties de l’embryon pour, in fine, former au bon endroit les différents organes de l’animal ». Le repliement épithélial, qui est un de ces processus essentiels, « permet de déplacer un grand nombre de cellules à l’intérieur de l’embryon pour qu’elles puissent former les organes internes de l’animal ».

Alors que « ces mécanismes responsables du repliement tissulaire ne sont pas encore bien compris », l'étude ici présentée, relayée par l' INSB, a utilisé comme système-modèle l’embryon de drosophile (la mouche du vinaigre), très avantageux car de nombreux outils génétiques sont disponibles, pour analyser le processus de repliement du tissu ventral qui forme le mésoderme de l’animal.

Des études antérieures avaient conduit à avancer « l’hypothèse que l’initiation du repliement ventral chez l’embryon de drosophile résulte de la différence de tension mécanique entre les côtés apical et basal des cellules mésodermiques », car cette différence de tension peut induire un moment de torsion du tissu, mais « cette nouvelle étude met en défaut cette hypothèse en montrant, par exemple, que des embryons mutants chez lesquels les cellules sont dépourvues du côté basal (donc ne peuvent pas générer de torsion) peuvent tout de même former un sillon ventral ».

Concrètement, cette étude a pu mettre en lumière, « grâce à des technologies de pointe de microscopie à feuille de lumière couplées à un laser infrarouge pulsé, à des techniques d’analyse d’image et de morphométrie en 4D ainsi que de modélisation mathématique », un nouveau mécanisme basé sur la formation d’une ligne de tension le long de la surface ventrale de l’embryon, ligne qui « résulte de la contraction d’un réseau supra-cellulaire du cytosquelette d’actomyosine couplé aux régions polaires antérieure et postérieure de l’embryon ».

Dans ce processus, « basé sur l’émergence d’une ligne de tension qui plie le tissu en formant un sillon », qui se rapproche de la découpe d’un morceau de fromage par un 'fil à fromage' (un câble métallique mis sous tension), les pôles de l’embryon ont une fonction de zones d’ancrage sur lesquelles le réseau contractile exerce une tension mécanique, produisant ainsi le sillon ventral. En outre, la simulation numérique de ce processus mécanique « prédit une propagation bidirectionnelle du sillon ventral depuis la zone centrale vers les pôles antérieur et postérieur de l’embryon », ce qui est validé expérimentalement.

En fait, « la propagation du repliement d’un tissu est un processus commun lors de la formation d’un tube épithélial (par exemple, pendant la formation du tube neuronal), processus qui peut se produire sous le contrôle d’un signal biochimique ou mécanique qui se propage dans l’espace ». Cependant, cette étude montre « aussi qu’en l’absence de propagation d’un tel signal, un sillon résultant de l’interaction des différents tissus épithéliaux à l’échelle embryonnaire peut tout de même se former et se propager ».

Une étude, dont les résultats intitulés « Post-transcriptional regulation of transcription factor codes in immature neurons drives neuronal diversity » ont été publiés dans la revue Cell Reports, a permis de montrer que le destin morphologique individuel des motoneurones, en particulier quel muscle ils vont devoir innerver, est déterminé par l’expression combinée d’ARNm codant pour des facteurs de transcription (FT) et de gradients de protéines de liaison à l'ARN. Ces protéines de liaison à l’ARN déterminent pendant le développement quels ARNm sont traduits, produisant ainsi des codes de FT uniques à chaque motoneurone.

Alors que, chez l'animal, « chaque muscle est innervé par un câblage unique de terminaisons axonales provenant de motoneurones qui contrôlent le moment et l'intensité de la contraction musculaire », se pose la question de savoir « quel programme génétique permet aux motoneurones d’établir au cours du développement des connexions nerveuses avec des muscles spécifiques ».

Pour y répondre, le système locomoteur en charge de la marche chez la drosophile apparaît tout à fait adapté pour deux raisons majeures, car, d'une part, « les outils génétiques de cet organisme modèle permettent d’étudier avec précision les mécanismes biologiques au niveau cellulaire et à tous les stades de développement ainsi que chez l’adulte » et, d'autre part, ce système est très simple puisque « 70 motoneurones innervent 14 muscles dans chaque patte », ce qui facilite l'analyse.

Concrètement, cette étude, relayée par l' INSB, a analysé « comment 29 motoneurones, qui sont générés à partir d'une seule cellule souche, acquièrent des morphologies distinctes ». Pour cela, ont été identifiés « 19 Facteurs de Transcription (FT) exprimés en combinaison (code de FTs) dans les motoneurones immatures juste avant leur différenciation morphologique ». Ensuite, « à l'aide de manipulations génétiques et d'un nouvel outil bio-informatique », il a été observé « que les codes de FT sont progressivement établis dans les motoneurones immatures en fonction de leur ordre de naissance ».

De plus, l'analyse fonctionnelle de ces codes de FTs « révèle qu’ils sont nécessaires pour établir le connectome axone-muscle (connectome axone-muscle : ensemble de connections neuromusculaires) ». En comparant les patrons d'expression des ARN et des protéines de plusieurs FT, on voit « que la régulation post-transcriptionnelle joue un rôle essentiel dans la formation de ces codes de FT ».

Plus précisément, « deux protéines connues de liaison à l'ARN, Imp et Syp, exprimées en gradients opposés en fonction de l’ordre de naissance des motoneurones immatures, contrôlent la traduction de plusieurs FTs » de sorte que « la sensibilité variable des ARNm de ces FTs aux gradients d’expression opposés de Imp et Syp dans les motoneurones immatures décrypte ces gradients en codes de FT distincts qui établissent le connectome axone-muscle ».

Finalement, ce travail ouvre une piste pour mieux comprendre ce processus « et aider à résoudre les défauts de locomotion humaine, dus à des lésions ou à diverses maladies dévastatrices ».

Une étude, dont les résultats intitulés « Check or Go? Impact of doubt on the hierarchical organization of the medio-frontal area » ont été publiés dans la revue Biological Psychiatry, a permis de démontrer le rôle central des neurones de deux régions du cortex frontal mésial dans la prise de décision en situation de doute. L'observation d'une collaboration étroite et versatile entre ces structures « ouvre la voie à une meilleure compréhension de l’initiation des mouvements volontaires en situations normale et pathologiques ».

Relevons tout d'abord que « l’initiation des mouvements volontaires est sous la double dépendance d’informations en provenance de l’environnement extérieur, et d’informations internes, reflétant l’état central du sujet ». Parmi les aires corticales associées au contrôle de l’action, « deux régions contiguës du cortex frontal mésial, l’aire motrice pré-supplémentaire (pré-SMA) et l’aire motrice cingulaire rostrale (CMAr), ont été tour à tour impliquées dans l’initiation de l’action sur la base d’indices internes ou externes sans qu’une fonction précise leur soit clairement assignée ».

Dans ce contexte, l'étude ici présentée, relayée par l' INSB a utilisé une tâche complexe afin « de comparer l'activité neuronale de ces deux aires corticales lors du traitement de l'un et l'autre type d’information chez des primates non-humains ». Les résultats de ce test comportemental (« Check-or-Go » task), qui comporte « deux phases décisionnelles successives comprenant la discrimination d’un stimulus visuel ambigu (information externe) suivie de la confirmation de ce premier choix ou de sa vérification en cas de doute (information interne) », indiquent « que les animaux sont capables d’initier spontanément des comportements de vérification directement corrélés au niveau de doute modulé par le protocole expérimental ».

Cette étude constate « l’implication de pré-SMA et CMAr dans l’ensemble du processus décisionnel ». Cependant, « il n'existe pas d'organisation hiérarchique fixe entre ces deux structures, mais une 'hiérarchie mouvante' qui est mise en place en fonction du contexte : alors que pré-SMA exerce un rôle prédominant dans les décisions perceptives, CMAr contrôle les décisions internes quand elles sont associées à l’émergence d’un doute ».

En fin de compte, cette découverte, qui « ouvre de nouvelles perspectives sur la compréhension de l'organisation corticale », éclaire « des résultats parfois surprenants obtenus en conditions pathophysiologiques ». Par exemple, du fait que « l'activation de CMAr a été démontrée lors de la commission d'erreur chez les sujets sains alors que chez les patients souffrant de troubles obsessionnels compulsifs, l'activation devient plus dorsale et concerne principalement pré-SMA », il se pourrait qu'une perturbation ou une trop grande rigidité de cette organisation hiérarchique subtile soit à l’origine d’un contrôle anormal de l’action et participe « à l’émergence de manifestations comportementales mal-adaptatives rencontrées dans plusieurs pathologies de la décision ».

Une étude, dont les résultats intitulés « Aberrant induction of p19^Arf-mediated cellular senescence contributes to neurodevelopmental defects » ont été publiés dans la revue PLOS Biology, a permis, en menant des expériences sur des organoïdes cérébraux humains et dans des modèles animaux, d'observer que l’acide valproïque induit une sénescence cellulaire excessive dans les cellules souches du cerveau embryonnaire, ce qui peut expliquer en partie certains défauts du développement neural ainsi que certaines caractéristiques physiologiques de l'exposition au médicament, comme la microcéphalie. 

Relevons tout d'abord que « l’acide valproïque (VPA) est un médicament largement prescrit pour traiter l’épilepsie, les troubles bipolaires, la migraine ainsi que d’autres maladies », mais que « ce traitement est tératogène s’il est pris pendant la grossesse », car « les futures mères courent un risque considérablement accru de donner naissance à des enfants présentant certains défauts de développement (troubles neurodéveloppementaux, déficiences cognitives ou encore malformations congénitales) ». De ce fait, « en 2018, l’Agence européenne de médecine a recommandé que l’acide valproïque ne soit plus prescrit aux femmes enceintes ».

Aujourd'hui, on estime qu’en France, « entre 17 000 et 30 000 enfants souffrent d’un certain niveau de déficience cognitive ou de troubles du spectre autistique (TSA) suite à l’exposition in utero à ce médicament ». De plus, « indépendamment de ces troubles, certains bébés exposés développent aussi des malformations congénitales, comme par exemple la microcéphalie ou encore le spina bifida (« Entre 2000 et 4000 enfants seraient concernés par ce type de problèmes »).

Si ces données sont bien connues, « les mécanismes sous-jacents qui expliquent l’impact de l’acide valproïque sur le développement sont encore mal documentés ». Dans ce contexte, l'étude ici présentée, relayée par l' INSERM, révèle que « l’acide valproïque active un processus de sénescence cellulaire qui entraîne un arrêt du développement des cellules du cerveau au stade embryonnaire ».

Concrètement, en premier lieu, des embryons de souris exposés à l’acide valproïque ont été observés et il est apparu qu'une forte sénescence se produisait dans les cellules neuroépithéliales, les précurseurs embryonnaires du cerveau, « qui a pour conséquence une diminution du nombre de neurones à l’origine d’une altération du développement cérébral ». En second lieu, des résultats similaires ont été constatés « dans des cellules neuroépithéliales humaines grâce à l’utilisation d’organoïdes, des structures utilisées pour simuler le développement du cerveau humain ».

Pour savoir comment ce processus de sénescence délétère se met en place, des analyses génétiques ont été effectuées sur les souris, qui ont « montré l’implication d’une protéine appelée p19^Arf ». Au bout du compte, il a été « mis en évidence que le déclenchement de cette sénescence dans les cellules neuroépithéliales, sous le contrôle de p19^Arf, est associé à des défauts de développement du système nerveux et à la microcéphalie mais pas à d’autres anomalies qui sont parfois causées par le médicament, comme le spina bifida ».