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Isotopes du cuivre et cancers : ce que la bière peut nous apprendre

Que peut bien venir faire la géologie dans la recherche sur le cancer ? Et pourtant quand les techniques des Sciences de la Terre et de chimie théorique sont utilisées avec des approches de microbiologie et de génétique cela donne un article transdisciplinaire écrit par Jean-Loup Cadiou du Laboratoire de Géologie de Lyon (LGL-TPE) paru le 17 mars dans Scientific Reports. L'étude a été faite en collaboration avec deux autres laboratoires : celui de Microbiologie, Adaptation et Pathogénie (MAP) à Lyon et la Division of Sustainable Energy and Environmental Engineering au Japon.

Une altération de la concentration cellulaire ou sanguine en certains métaux essentiels, comme le cuivre (Cu), a été découverte chez les patients atteints de cancer depuis plusieurs décennies. Cependant, cette altération n’a pas pu être utilisée pour diagnostiquer la maladie ou son évolution. L’idée nouvelle est d’utiliser la composition isotopique naturelle du Cu, c’est-à-dire les proportions de ces différents isotopes. Les isotopes sont des atomes possédant le même nombre d’électrons et de protons mais un nombre différents de neutrons. Des recherches récentes en géomédecine, menées au LGL-TPE, ont montré des changements systématiques de cette composition isotopique dans les tumeurs, le sérum et/ou les globules rouges des patients. En vue d’une application diagnostique ou pronostique du cancer, les chercheurs ont cherché à comprendre les mécanismes qui génèrent la variation de composition isotopique du Cu.

Cultures de levures de bière Saccharomyces cerevisiae. Crédit photo : Jean-Loup Cadiou

Pour cela, ils ont cherché à comprendre les mécanismes de transport transmembranaire du Cu pour les cellules eucaryotes (cellules avec un noyau qui contient l’ADN). Ils ont utilisé des mutants génétiques de la levure de bière Saccharomyces cerevisiae, dont les transporteurs transmembranaires du Cu sont quasi-identiques à ceux de la cellule humaine. Ils ont déterminé que les fractionnements isotopiques naturels du Cu sont générés par les transporteurs transmembranaires qui entraînent un enrichissement intracellulaire marqué dans l’isotope le plus léger. Ils ont également montré que l’amplitude des fractionnements est modulée par l’activité d’enzymes, les réductases, présentes sur la paroi des cellules. L’enrichissement en Cu léger décroit lorsque l’activité des réductases diminue.


Evolution de la composition isotopique du cuivre dans deux souches de levures de bière au cours du temps. En vert, les valeurs mesurées pour la souche sauvage (DTY165). En bleu, les valeurs mesurées pour une souche (SKY34) dont l'import du cuivre est altéré. Le Δ65Cu est une mesure de l’enrichissement relatif dans l’isotope lourd ou léger du Cu.

Ces résultats sont directement applicables à la compréhension de l’altération de l'homéostasie, c’est-à-dire des processus de régulation, de la concentration en Cu lors du développement de cancers. En effet, l’analogie entre la levure et les cellules humaines permet d’attribuer les variations isotopiques du Cu dans les tumeurs à une diminution de l’activité des réductases. Ce résultat est corroboré par des observations. Par exemple, les hépatocarcinomes (cancer du foie) sont caractérisés par un enrichissement en isotope lourd du Cu par rapport aux tissus sains qui les entourent, et l’activité de leurs réductases du Cu est fortement réduite.

Comme l’enrichissement en isotope lourd du Cu des tissus cancéreux est corrélé à un enrichissement en isotope léger dans les globules rouges, une prise de sang pourrait constituer une technique non invasive pour détecter un cancer et suivre son évolution.

Article :
Copper transporters are responsible for copper isotopic fractionation in eukaryotic cells”, Scientific Reports, mars 2017

Contact :
  • Sylvain Pichat, chercheur de l'ENS au Laboratoire de Géologie de Lyon
    spichat[at]ens-lyon.fr
  • Jean Loup Cadiou, doctorant de l'ENS au Laboratoire de Géologie de Lyon
    jeanloup.cadiou[at]ens-lyon.fr
Publié le 16 mars 2017 Mis à jour le 18 mars 2017