Laboratory of Molecular Biology

institut de recherche


Le Laboratoire de biologie moléculaire ( LMB ) du Medical Research Council (MRC) est un institut de recherche de Cambridge, en Angleterre, impliqué dans la révolution de la biologie moléculaire survenue dans les années 1950-1960. Depuis lors, il est resté un important laboratoire de recherche médicale avec un objectif beaucoup plus large.

MRC Laboratory of Molecular Biology
Image dans Infobox.
Le nouveau bâtiment du LMB vu du pont « Cambridgeshire Guided Busway » en juin 2013
Cadre
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Organisation
Direction
Jan Löwe
Organisation mère
Affiliation
Site web

Un nouveau bâtiment de remplacement construit à proximité du site d'origine sur le campus biomédical de Cambridge a été inauguré en mai 2013. La route à l'extérieur du nouveau bâtiment est nommée Avenue Francis Crick d'après le lauréat du prix Nobel en 1962, qui a co-découvert la structure hélicoïdale de l'ADN en 1953.

HistoireModifier

Origines: 1947-61Modifier

Max Perutz, après une formation de premier cycle en chimie organique, quitte l'Autriche en 1936 et vient à l'Université de Cambridge pour étudier en vue de l'obtention d'un doctorat, rejoignant l'équipe de recherche sur la cristallographie aux rayons X dirigée par JD Bernal. Dans le laboratoire Cavendish, il commence le travail de sa vie sur l'hémoglobine. La mort de Lord Rutherford conduit son successeur, Lawrence Bragg, un pionnier de la cristallographie aux rayons X, à devenir le nouveau directeur du laboratoire Cavendish en 1938. À ses débuts, Bragg est un partisan majeur de Perutz et de son groupe.

Après la Seconde Guerre mondiale, de nombreux physiciens se tournent vers la biologie, apportant avec eux une nouvelle façon de penser et leur expertise. En 1946, John Kendrew rejoint le groupe de Perutz pour étudier la myoglobine, une protéine étroitement liée à l'hémoglobine. En 1947, le Medical Research Council (MRC), sous la direction de son secrétaire Harold Himsworth, décide de former et de soutenir la «MRC Unit for the Study of the Molecular Structure of Biological Systems» (L'Unité MRC pour l'étude de la structure moléculaire des systèmes biologiques). Le groupe, qui comprend également en 1948 Hugh Huxley travaillant sur les muscles, est rejoint en 1949 par Francis Crick, qui a d'abord travaillé sur la cristallographie des protéines. En 1951, ils sont rejoints par James Watson .

1953 est une annus mirabilis : Watson et Crick découvrent la structure à double hélice de l'ADN, qui révèle que les informations biologiques sont codées dans une structure linéaire et comment ces informations peuvent être reproduites pendant la division cellulaire. Perutz découvre que les structures tridimensionnelles détaillées des protéines, telles que la myoglobine et l'hémoglobine, peuvent, en principe, être résolues par analyse aux rayons X en utilisant une technique de marquage des atomes de métaux lourds. Hugh Huxley découvre que la contraction musculaire fonctionne par un mécanisme de filament coulissant.

En 1957, le nom du groupe devient «Unité MRC de biologie moléculaire». Cette même année, Vernon Ingram (en) découvre que la drépanocytose est causée par un seul changement d'acides aminés dans la molécule d'hémoglobine et Sydney Brenner rejoint l'unité. En 1958, la revue de Crick «On Protein Synthesis» parait: elle expose pour la première fois le dogme central de la biologie moléculaire, l' hypothèse de séquence et l' hypothèse d'adaptateur . En 1961, Brenner aide à découvrir l'ARN messager et établit avec Crick que le code génétique est lu en triplets.

Tout ce travail a été accompli dans un bâtiment temporaire d'un étage (The Hut), quelques chambres dans l'aile Austin, une chambre avec une façade en verre adossée (The Greenhouse) et un court couloir fermé (The Gallery) dans le Laboratoire de Cavendish[1].

Ouverture du LMB en 1962Modifier

 
Le bâtiment LMB jusqu'en 2012. La structure blanche est une nouvelle salle de conférence ajoutée à l'ancien bâtiment.

La MRC a construit un nouveau laboratoire à la périphérie de Cambridge - le LMB - dans lequel l'unité de Cavendish a emménagé au début de 1962. De plus, l' unité de Fred Sanger qui avait été hébergée dans le département de biochimie de l'Université les a rejoints, tout comme Aaron Klug de Londres. Sanger avait inventé des méthodes pour déterminer la séquence d'acides aminés dans une protéine: il a reçu le prix Nobel de chimie en 1958 pour la première séquence protéique, celle de l'insuline. Le nouveau laboratoire a été ouvert par la reine Elizabeth II en 1962. Plus tard cette année-là, Kendrew et Perutz ont partagé le prix Nobel de chimie et Crick et Watson ont reçu une part du prix Nobel de physiologie ou médecine. Le bâtiment LMB a été intégré au nouveau complexe hospitalier d'Addenbrooke, car il a été construit dans les années 1970[2].

Le nouveau LMB avait Perutz comme président et comprenait 3 divisions: Structural Studies, dirigée par Kendrew; Génétique moléculaire (Crick); Chimie des protéines (Sanger). En tout, il y avait environ 40 scientifiques, mais ce nombre a rapidement augmenté, en particulier avec un afflux important de visiteurs post-doctoraux en provenance des États-Unis[1].

Biologie moléculaire: après 1962Modifier

Au cours de la prochaine décennie, la biologie moléculaire du monde entier a prospéré, les os des années 1950 se recouvrant maintenant de chair. Les structures atomiques 3D détaillées d'une série de protéines et leur fonctionnement ont été déduites. Il s'agit notamment de la myoglobine, de l'hémoglobine et de la chymotrypsine, la dernière de David Blow (en). Le code génétique, à partir de preuves à travers le monde, a été assemblé par Crick. Des signaux de ponctuation dans l'ARN messager - où commencer à traduire l'ARN en une séquence protéique, et où s'arrêter - ont été découverts par une stagiaire postdoctorale Joan A. Steitz[3]. Crick a suggéré comment les molécules d'ARNt - ses adaptateurs originaux - lisent le messager dans son hypothèse d'oscillation. Sanger a conçu de nouvelles méthodes pour séquencer les molécules d'ARN, puis plus tard pour les molécules d'ADN (pour lesquelles il a reçu un deuxième prix Nobel de chimie en 1980). Beaucoup plus tard, cette lignée a été étendue pour inclure la détermination de la séquence de génomes entiers, dans laquelle John Sulston a joué un rôle clé. La façon dont les molécules précurseurs d'ARNt sont traitées pour donner un ARNt fonctionnel a été élucidée par John Smith et Sid Altman, ce qui a conduit plus tard à la découverte de ribozymes. La structure atomique de la première molécule d'ARNt a été résolue et des doigts de zinc découverts par Klug (qui a reçu le prix Nobel de chimie en 1982). La structure de l'ATP synthase a été résolue par John E. Walker et Andrew Leslie, pour lesquels Walker a partagé le prix Nobel de chimie en 1997[1]. La structure du ribosome a été résolue par Venkatraman Ramakrishnan, pour lequel il a partagé le prix Nobel de chimie en 2009[4].

Années 1960: développement et C.elegansModifier

 
Un laboratoire dans le nouveau bâtiment LMB en juin 2013

Vers la fin de la décennie des années 60, il semblait que de nouveaux problèmes en biologie pourraient être résolus en utilisant les approches qui se sont avérées si efficaces en biologie moléculaire.

Sydney Brenner a commencé à travailler sur la génétique des nématodes C.elegans en 1965. Ce groupe s'est élargi, en particulier avec de nombreux visiteurs étrangers qui forment aujourd'hui le cœur de la recherche C.elegans . Sulston a déterminé la lignée cellulaire de ce petit ver et John Graham White le schéma de câblage complet de son système nerveux. Robert Horvitz, qui a contribué à la lignée cellulaire, devait partager le prix Nobel de physiologie ou médecine avec Brenner et Sulston en 2002. Jonathan Hodgkin a établi la voie génétique chez C.elegans qui contrôle la détermination du sexe. John Gurdon a développé l'utilisation de l'ovocyte de grenouille pour traduire les ARNm, partageant le prix Nobel 2012 pour la physiologie ou la médecine pour ses travaux antérieurs montrant que l'information génétique reste intacte pendant le développement.

Peter Lawrence est venu étudier la formation des configurations, aidant à découvrir comment les compartiments de la drosophile déterminent le plan corporel de la mouche. Sous son influence, Crick s'est également intéressé aux gradients morphogénétiques et à la façon dont ils peuvent aider à spécifier les modèles biologiques.

ImmunologieModifier

César Milstein travaille depuis de nombreuses années sur la variation des anticorps. Il a été rejoint par Georges Köhler et, ensemble, ils ont découvert comment produire des anticorps monoclonaux. Pour cela, ils ont partagé le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1984. Cette zone a été étendue par Greg Winter [5] qui a été le pionnier de l'ingénierie des anticorps pour fabriquer de nouveaux anticorps humains et fragments d'anticorps. Les anticorps monoclonaux et leurs fragments revêtent aujourd'hui une importance médicale majeure.

Michaël Neuberger (en) a découvert le mécanisme par lequel la diversification des anticorps se produit par la désaminase induite par l' activation (cytidine) . Cette découverte fondamentale est la clé de voûte de la compréhension du mécanisme moléculaire par lequel les organismes peuvent produire un répertoire diversifié d'anticorps pour reconnaître de nouveaux agents pathogènes. Ceci est d'une plus grande importance dans la compréhension du rôle de la mutagenèse dirigée et de la réparation de l'ADN en physiologie. Enfin, les mécanismes moléculaires élucidés par Neuberger peuvent être d'une grande importance pour comprendre le schéma mutationnel des kataegis dans le cancer du sein. Malheureusement, Michael Neuberger est décédé d'un myélome - dont l'ironie n'a pas été perdue pour lui.

Biologie cellulaireModifier

 
Atrium du nouveau bâtiment la nuit

L'accent mis sur la biologie moléculaire classique s'est déplacé vers la biologie cellulaire et le développement, de sorte que la division de génétique moléculaire a été renommée Biologie cellulaire. Mark Bretscher a découvert la manière topologique dont les protéines sont disposées dans la membrane érythrocytaire humaine et son asymétrie phospholipidique. Richard Henderson et Nigel Unwin ont développé la cristallographie électronique pour déterminer la structure des réseaux bidimensionnels, en l'appliquant à la protéine bactérienne violette, la bactériorhodopsine. Barbara Pearse a découvert les principaux composants des vésicules enduites de clathrine, les structures formées au cours de l'endocytose, et une structure à faible résolution du réseau en forme de cage autour d'eux a été déterminée. La façon dont les protéines sont localisées dans différentes parties de la cellule - comme le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi ou la membrane plasmique - et son rôle dans la polarité cellulaire, ont été élucidées par Bretscher, Hugh Pelham [6] et Sean Munro. Les corps polaires du fuseau - les grandes structures des cellules de levure qui agissent comme les foyers vers lesquels les chromosomes sont déplacés pendant la mitose - ont été purifiés et une structure à basse résolution d'entre eux déduite par John Kilmartin[7].

La structure des chromosomes a suscité un intérêt continu. Cela a été initié par un visiteur, Roger Kornberg, qui a découvert le premier niveau de condensation de l'ADN, le nucléosome, et continue en mettant l'accent sur la compréhension des ordres supérieurs de l'ADN pliant.

NeurobiologieModifier

Une nouvelle division de neurobiologie a été créée en 1993 avec une grande variété de sujets. Unwin a développé la cristallographie électronique et résolu la structure du récepteur de l'acétylcholine, qui active de nombreux neurones. Michel Goedert a identifié des protéines variantes associées à la maladie d'Alzheimer .

InstrumentationModifier

Les avancées scientifiques dépendent souvent des avancées technologiques: le LMB a été à l'avant-garde de bon nombre d'entre elles. Quelques exemples majeurs incluent le séquençage d'acide nucléique, l'ingénierie des protéines et des anticorps, la construction de nouveaux équipements à rayons X et l'invention du microscope confocal à balayage[1].

Structure administrativeModifier

 
Une conférence publique au nouveau bâtiment

Le LMB a un environnement administratif délibérément simple[8]. De l'extérieur de la LMB, la MRC mère a veillé à ce que l'évaluation quinquennale soit légère: seule une brève explication des réalisations passées et une indication des plans futurs étaient requises par le comité externe. Leurs recommandations étaient simplement consultatives, laissant aux chefs de division la liberté de gérer leurs affaires: ils étaient supposés être les meilleurs. [réf. nécessaire]

Au sein du LMB, le critère de Perutz sur la façon d'organiser les choses était que l'acte de faire de la science devrait être facilité à tous les niveaux. Le LMB avait un budget unique: il n'y avait pas de budget personnel ni d'équipement - tout était commun. Il avait un équipement de pointe et était bien financé par la MRC. [réf. nécessaire] Les réactifs chimiques, la verrerie et autres consommables pourraient être retirés d'un seul magasin avec seulement une signature requise. La clé du bon fonctionnement du laboratoire était Michael Fuller, qui était responsable de son fonctionnement quotidien[9].

Il n'y avait pas de hiérarchie manifeste; tout le monde était en prénom. La plupart des membres du laboratoire se sont réunis librement à la cantine, qui aurait aidé la communication et la collaboration entre les divisions[1]. Aujourd'hui, le LMB compte environ 400 scientifiques, dont 130 chercheurs postdoctoraux et 90 étudiants. Le nouveau bâtiment (situé sur le campus biomédical de Cambridge ) a été ouvert en 2013 [10] et dispose de quatre salles de séminaire nommées d'après les scientifiques du LMB: Sydney Brenner, Aaron Klug, César Milstein et Frederick Sanger, ainsi qu'un autre amphithéâtre nommé d'après la fin Max Perutz .

Groupes au LMBModifier

En 2018, il y a environ cinquante chefs de groupe[5],[11]. Les groupes font partie de l’une des quatre divisions de la LMB : biologie cellulaire, neurobiologie, chimie des protéines et des acides nucléiques et études structurelles. À compter de 2018, les chefs de groupe comprennent les personnes suivantes :

ÉmériteModifier

Le LMB abrite également un certain nombre de scientifiques émérites, conservant un intérêt de recherche dans le laboratoire après leur retraite officielle [11] notamment:

AnciensModifier

Le personnel scientifique du LMB qui a été récompensé individuellement ou a partagé des prix Nobel [25],[26],[27] est:

Les visiteurs ayant reçu un prix Nobel pour le travail accompli ou initié au LMB et les anciens élèves comprennent:

Parmi les autres anciens étudiants LMB notables:

RéférencesModifier

  1. a b c d et e John Finch; A Nobel Fellow On Every Floor, Medical Research Council 2008, 381 pp, (ISBN 978-1-84046-940-0)
  2. (en) « The LMB- present and future… University of Cambridge », sur School of Clinical Medicine, (consulté le ).
  3. (en) J. A. Steitz, (1969) "Polypetide Chain Initiation: Nucleotide Sequences of the Three Ribosomal Binding Sites in Bacteriophage R17 RNA", Nature 224 (5223):957-964.
  4. (en) Nobel Laureates in Chemistry 2009.
  5. a et b Pelham, « Building for the future », eLife, vol. 2,‎ (PMID 23741620, PMCID 3667621, DOI 10.7554/eLife.00856)
  6. Who's Who (en), vol. 2016 (online Oxford University Press), A & C Black (en) (lire en ligne  ), « PELHAM, Sir Hugh (Reginald Brentnall) »  
  7. a et b Who's Who (en), vol. 2016 (online Oxford University Press), A & C Black (en) (lire en ligne  ), « MARTIN, Dr John Vincent »  
  8. Wong, « LMB Cambridge: Bureaucracy bypass let research flourish », Nature, vol. 490, no 7421,‎ , p. 487 (PMID 23099394, DOI 10.1038/490487e, Bibcode 2012Natur.490..487W)
  9. Cleaver, « Cambridge Laboratory of Molecular Biology », Science, vol. 300, no 5627,‎ , p. 1875c (DOI 10.1126/science.300.5627.1875c)
  10. « Her Majesty the Queen opens the new MRC Laboratory of Molecular Biology », Cambridge University, (consulté le )
  11. a et b « Group Leaders - MRC Laboratory of Molecular Biology » [archive du ],
  12. Who's Who (en), vol. 2016 (online Oxford University Press), A & C Black (en) (lire en ligne  ), « BIENZ, Dr Mariann, (Lady Pelham) »  
  13. Who's Who (en), vol. 2016 (online Oxford University Press), A & C Black (en) (lire en ligne  ), « HASTINGS, Dr Michael Harvey »  
  14. Who's Who (en), vol. 2016 (online Oxford University Press), A & C Black (en) (lire en ligne  ), « LÖWE, Dr Jan »  
  15. B. Short, « Harvey Mc Mahon: Ahead of the curve on membrane dynamics », The Journal of Cell Biology, vol. 193, no 4,‎ , p. 598–9 (PMID 21576387, PMCID 3166867, DOI 10.1083/jcb.1934pi)
  16. Anon, Who's Who (en) (online Oxford University Press), A & C Black (en), (DOI 10.1093/ww/9780199540884.013.U256393, lire en ligne  ), « Munro, Dr (Bruce) Sean »  
  17. V. Raper, « A Nobel Prize-Winning Culture », Science,‎ (DOI 10.1126/science.caredit.a1100063)
  18. Prashant Nair, « Profile of Venkatraman Ramakrishnan », Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 108, no 38,‎ , p. 15676–15678 (PMID 21914843, PMCID 3179092, DOI 10.1073/pnas.1113044108, Bibcode 2011PNAS..10815676N)  
  19. Anon, « 365 daysm Nature's 10: Ten people who mattered this year », Nature, vol. 516, no 7531,‎ , p. 311–9 (PMID 25519114, DOI 10.1038/516311a, Bibcode 2014Natur.516..311.)
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  21. « Dr Richard Crowther FMedSci FRS » [archive du ], London, Royal Society
  22. Who's Who (en), vol. 2016 (online Oxford University Press), A & C Black (en) (lire en ligne  ), « CROWTHER, Dr Richard Anthony »  
  23. Who's Who (en), vol. 2016 (online Oxford University Press), A & C Black (en) (lire en ligne  ), « EVANS, Dr Philip Richard »  
  24. Who's Who (en), vol. 2016 (online Oxford University Press), A & C Black (en) (lire en ligne  ), « LESLIE, Dr Andrew Greig William »  
  25. John Finch; 'A Nobel Fellow On Every Floor', Medical Research Council 2008, 381 pp, (ISBN 978-1-84046-940-0); this book is all about the MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge.
  26. LMB Archives
  27. The Nobel Laureates of the LMB
  28. John Walker, « Frederick Sanger (1918–2013) », Nature, vol. 505, no 7481,‎ , p. 27 (PMID 24380948, DOI 10.1038/505027a, Bibcode 2014Natur.505...27W)
  29. D.M. Blow, « Max Ferdinand Perutz OM CH CBE. 19 May 1914 - 6 February 2002: Elected F.R.S. 1954 », Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society, vol. 50,‎ , p. 227–56 (PMID 15768489, DOI 10.1098/rsbm.2004.0016)
  30. Alexander Rich et Charles F. Stevens, « Obituary: Francis Crick (1916–2004) », Nature, vol. 430, no 7002,‎ , p. 845–7 (PMID 15318208, DOI 10.1038/430845a, Bibcode 2004Natur.430..845R)
  31. L Amos et J. T. Finch, « Aaron Klug and the revolution in biomolecular structure determination », Trends in Cell Biology, vol. 14, no 3,‎ , p. 148–52 (PMID 15003624, DOI 10.1016/j.tcb.2004.01.002)
  32. Klaus Rajewsky, « ObituaryCésar Milstein (1927–2002) », Nature, vol. 416, no 6883,‎ , p. 806 (PMID 11976669, DOI 10.1038/416806a, Bibcode 2002Natur.416..806R)
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  41. Anon, Who's Who (en) (online Oxford University Press), A & C Black (en), (DOI 10.1093/ww/9780199540884.013.U4000615, lire en ligne  ), « Warren, Prof. Alan John »

Liens externesModifier