Le biologiste moléculaire avec un penchant pour les coups de soleil
Les cellules humaines sont comme de petites usines polyvalentes. Le biologiste de l'ETH Gabriele Alessandro Fontana étudie comment elles réparent les dommages causés à l'ADN. Les mécanismes qu'il a identifiés permettent de mieux comprendre les maladies et de développer de nouveaux médicaments.
Si l'on expose trop longtemps sa peau au soleil sans protection, on attrape un coup de soleil. Plus précisément, le rayonnement UV du soleil provoque une inflammation des cellules cutanées concernées. Si cela se produit trop souvent, il faut s'attendre à un vieillissement prématuré de la peau, à la formation de rides et à un risque accru de cancer de la peau. Mais que se passe-t-il à l'intérieur des cellules de la peau lorsque celles-ci sont endommagées par les rayons du soleil ?
C'est à cette question que se consacre Gabriele Fontana, post-doctorant à la chaire de toxicologie de la professeure de l'ETH Zurich. Shana Sturla, dans son projet de recherche actuel. Ce biologiste, qui a grandi près de Crémone, fait de la recherche à l'ETH Zurich depuis 2019. Mais sa fascination pour le monde moléculaire des cellules, il la découvre bien plus t?t.
Un flair pour la biologie moléculaire
Dès l'école, Fontana se passionne pour la chimie et la biologie. Il ne se lasse pas des expériences scientifiques. Mais ce n'est pas la biologie classique, avec son accent sur la botanique et la zoologie, qui le fait souffrir. Fontana s'intéresse plut?t au domaine de recherche encore relativement jeune de la biologie moléculaire. Celle-ci s'occupe de la régulation et de la fonction de nos gènes et étudie leur interaction avec les protéines. Pour Fontana, c'est là, à l'intérieur des cellules, que se trouve la clé pour mieux comprendre les maladies et améliorer le mode d'action et le développement des médicaments.
Lorsqu'il commence ses études de biologie à Milan en 2001, l'analyse et le séquen?age de l'ADN sont encore très compliqués et co?teux. Alors qu'il est encore aux études, Fontana voit comment même le séquen?age de génomes entiers devient rapidement et facilement possible. Il est enthousiasmé par les possibilités qu'offrent les nouvelles méthodes génétiques et veut les expérimenter lui-même.
Pour son doctorat, il reste à l'Université de Milan-Bicocca et étudie les causes moléculaires de la sclérose latérale amyotrophique, une maladie incurable du système nerveux moteur. Une fois sa thèse terminée, il décide de faire un postdoc à l'Institut Friedrich Miescher pour la recherche biomédicale à B?le.
Un pansement pour les lésions de l'ADN
A B?le, le jeune homme, alors ?gé de 30 ans, étudie comment les cellules réparent elles-mêmes les dommages causés à l'ADN. Ces mécanismes sont essentiels, car des dommages importants peuvent conduire à des mutations malveillantes et au cancer qui en découle. "Mes collègues de l'Institut Friedrich Miescher et moi-même avons découvert le r?le clé d'une protéine appelée Rif1", explique Fontana. Cette protéine agit comme un pansement moléculaire sur l'ADN endommagé.
Fontana se rend compte que ce processus se déroule à des endroits bien précis de la cellule. "Lorsqu'un brin d'ADN est cassé", explique-t-il, "l'ADN endommagé est amené au bord du noyau de la cellule, où la protéine Rif1 attend et le répare". Lorsque le chercheur de l'ETH observe ce processus pour la première fois au microscope, il a du mal à y croire. Il existe donc dans la cellule un endroit précis, une sorte d'atelier incluant un service de livraison, où certaines lésions de l'ADN sont réparées. Personne n'avait pu le montrer aussi précisément jusqu'à présent.
Les cellules de la peau sous le microscope
Rien dans l'insignifiante bo?te grise du laboratoire de toxicologie de l'ETH Zurich n'indique que cet appareil est la Ferrari de l'irradiation UV. Coincée entre une centrifugeuse et une bo?te en verre remplie d'appareils de laboratoire, la bo?te carrée en acier inoxydable passe facilement inaper?ue pour le profane. Mais pour Fontana, c'est un instrument indispensable pour étudier les effets nocifs des rayons UV sur la peau humaine.
Après cinq années passionnantes à B?le, il rejoindra l'ETH en 2019. A Zurich aussi, il s'intéresse aux lésions de l'ADN et à leurs conséquences pathologiques. Mais à la différence de son projet de recherche à B?le, où il travaillait principalement sur des cellules de levure, il étudie désormais des cellules de peau humaine. Celles-ci sont constamment exposées à des influences environnementales qui déstabilisent le génome et se prêtent donc particulièrement bien à l'observation de ces dommages.
Le chercheur de l'ETH expose systématiquement aux rayons UV des cellules de peau humaine cultivées en laboratoire. Il examine ensuite au microscope, à l'aide de différentes méthodes biochimiques et génétiques, ce qui se passe à l'intérieur des cellules. Il découvre ainsi un mécanisme que nous n'avons que partiellement compris jusqu'à présent.
La base de nouveaux produits de protection solaire
"L'augmentation du rayonnement UV entra?ne des dommages et des mutations à certains endroits de l'ADN nucléaire et mitochondrial. Nous pouvons utiliser ces modifications des cellules cutanées comme nouvel indicateur des maladies de la peau et du vieillissement cutané", explique Fontana en résumant les résultats d'une étude qu'il a menée avec sa tutrice page externeHailey Gahlon a rédigé. Sur la base de tels biomarqueurs, il devrait être possible à l'avenir de détecter plus t?t et mieux les cellules cutanées pathologiques.
Mais le biologiste ne se contente pas de découvrir un lien moléculaire entre le rayonnement UV et les mutations de l'ADN dans les cellules cutanées. En collaboration avec l'entreprise suisse Mibelle Group, il étudie comment ces dommages peuvent être réduits par des substances actives particulières qui pourraient être utilisées à l'avenir pour des produits cosmétiques. "Ces découvertes pourraient constituer la base d'une nouvelle génération de produits de protection solaire avec des filtres UV plus efficaces", déclare non sans fierté le chercheur de l'ETH.
La collaboration, clé du succès
Pour ses recherches à l'ETH Zurich, Fontana a été récompensé en 2021 par le Prix James Mitchell récompensé. Ce prix honore les jeunes chercheurs qui collaborent dans leurs recherches au-delà des frontières disciplinaires. "Sans une collaboration active avec d'autres disciplines", souligne Fontana, "rien n'est possible en biologie moléculaire". Rien que dans son groupe de recherche, des chimistes, des physiciens, des biologistes moléculaires, des toxicologues et des bioinformaticiens travaillent sur des questions communes.
Tous poursuivent un objectif commun : mieux comprendre les mécanismes moléculaires des maladies et poser ainsi les bases de nouvelles méthodes de traitement. C'est surtout cette réflexion hors des silos qui fascine Gabriele Fontana dans la biologie moléculaire.