Lors de sa fondation, l’Institut de Duve a d’abord été nommé “International Institute of Cellular and Molecular Pathology; en bref ICP”. Ce nom résumait une démarche novatrice et particulièrement féconde.
Les recherches de Christian de Duve ont d’abord joué un rôle déterminant en biologie cellulaire, avec la découverte de compartiments tels les lysosomes et les peroxysomes, et de leur fonction.
Les lysosomes sont non seulement l’estomac mais aussi l’usine de recyclage de la cellule.
Le déchiffrement de la physiopathologie des lysosomes a ensuite conduit à la première explication moléculaire d'une maladie génétique intracellulaire, la glycogénose de Pompe, prototype des nombreuses maladies lysosomiales. À son tour, cette connaissance de base a ouvert la voie à la médecine moléculaire rationnelle, grâce au premier traitement efficace d'une de ces maladies de surcharge lysosomiale, la maladie de Gaucher, par la thérapie de remplacement avec glucocérébrosidase produite par le génie génétique, maintenant une pratique courante.
Comment cette histoire s’est-elle déroulée et que nous enseigne l'exemple de Christian de Duve?
Christian de Duve est né en 1917 dans le sud de l'Angleterre, où sa famille avait trouvé refuge suite à l’invasion de la Belgique par l’armée allemande. Il a ensuite grandi dans la société éclairée d'Anvers, une ville dynamique et prospère, ouverte sur le monde, tout en bénéficiant d'une solide éducation classique gréco-latine. Nul doute que ce contexte familial, éducatif et socio-culturel ait formé un terreau idéal pour ce mélange exceptionnel de qualités intellectuelles et humaines que nous lui connaissons: l'ouverture d'esprit soutenue par une curiosité insatiable; une ardeur au travail laissant une juste place à la culture, source de hauteur et d’inspiration (de Duve est un pianiste de talent et un mélomane); la rigueur intransigeante de l’analyse quantitative dépourvue d’a priori (sans laquelle les lysosomes n’auraient pas été découverts); l'esprit d'entreprise et de responsabilité sociale; sans parler d'un style unique !
Fasciné par la médecine expérimentale et par l'exemple de Claude Bernard (“le foie est un organe de régulation pour le stockage et la libération du glucose alimentaire”... “le milieu où baignent nos cellules est donc constant”), Christian de Duve a obtenu son doctorat en médecine à l'Université catholique de Louvain en 1941 et s’est immédiatement lancé en recherche sur l'action de l'insuline (choisissant ainsi le meilleur laboratoire de la Faculté de médicine, dirigé par le professeur J.P. Bouckaert). Son travail a été récompensé par une maîtrise en sciences chimiques (qui anticipait les programmes de médecins-chercheurs, connus comme MD-PhD) et par une publication de synthèse d’une grande ampleur. Cette formation biomédicale intégrée a été consolidée par deux années de formation à l'étranger, d'abord en Biophysique à l’Institut Medical Nobel à Stockholm avec le professeur Hugo Theorell, puis en Chimie biologique à l’Université de Washington avec les Professeurs Carl et Gerty Cori ainsi que Earl Sutherland (quatre prix Nobel !). “Il faut savoir choisir ses mentors”.
S’étant ainsi constitué une vaste expertise multidisciplinaire, inhabituelle pour son époque et même aujourd’hui, Christian de Duve fut rappelé par son Alma mater pour y créer, à 30 ans, son propre laboratoire dédié à la chimie physiologique. L’objectif de déchiffrer le mécanisme d'action de l'insuline, ... a conduit à la découverte fortuite des lysosomes, puis des peroxysomes !
La qualité de ce laboratoire a rapidement attiré une équipe de jeunes esprits brillants. Pour n'en nommer que quelques-uns, Jacques Berthet et Henri Beaufay, avec lesquels la théorie et la pratique du fractionnement subcellulaire analytique ont été poussés à l’excellence; Géry Hers, qui a poursuivi la ligne initiale de recherches sur la régulation du métabolisme des sucres et, par un retour des choses qui semblerait curieux s’il n’était révélateur du “chaudron intellectuel” qu’était ce laboratoire, déchiffré la première maladie de surcharge lysosomiale (surcharge héréditaire en glycogène, appelée maladie de Pompe); Robert Wattiaux et Pierre Baudhuin, associés à l'histoire des lysosomes et peroxysomes, et bien d'autres. Leur collaboration durable et la création de plusieurs nouvelles équipes a été une clé du succès. de Duve s’était forgé une pensée originale, il créa une Ecole.
“La chance ne sourit qu’aux esprits préparés (Pasteur)" - la découverte des lysosomes en est un parfait exemple. Il fallait allier la curiosité sur les observations latérales; la liberté de penser, de choisir et d’agir; l’exigence de la cohérence dans l’intégration des nombres (“meilleur remède à la pensée magique”); et la vision sur les mécanismes normaux et ceux des maladies.
Souhaitons que cet exemple continue d'inspirer les commissions scientifiques pour continuer d’offrir la même liberté aux chercheurs véritablement originaux, animés par la curiosité et les défis à long terme, malgré une concurrence inévitable quand les ressources se restreignent, mais aussi capables de résister à la pollution évitable des évaluations fondées sur les seuls résultats à court terme et sur l’application aveugle d’indicateurs “scientométriques” limités. “La vraie créativité est à long terme”.
Pour aborder le mécanisme d'action de l'insuline par une approche biochimique, de Duve et sa jeune équipe ont mesuré dans des extraits de foie une série d’enzymes (des phosphatases, telle la glucose 6-phosphatase qui catalyse la dernière étape de libération de ce sucre), et ont tenté de déterminer leur localisation dans la cellule grâce à une approche qui avait été récemment mise au point par un autre scientifique belge de haut-vol, Albert Claude : le fractionnement subcellulaire.
"Tissue fractionation studies" est le début du titre de pas moins de 18 publications classiques par C. de Duve et son équipe. Cette belle histoire est résumée dans le compte-rendu de la conférence liée au prix Nobel «Explorer les cellules avec une centrifugeuse», toujours agréable à lire [1].
Dans ces investigations, une phosphatase de fonction inconnue, reconnaissable par son activité inhabituelle à pH acide, servait de contrôle. De manière tout-à-fait inattendue, au lieu de disparaître avec le temps comme attendu selon la dégradation ou la dénaturation naturelles des macromolécules, l'activité de cette phosphatase acide dans les extraits subcellulaires augmentait de manière paradoxale avec le temps de conservation.
Au lieu de négliger cette observation fortuite comme une simple anecdote qui eût distrait du projet principal, de Duve et ses collègues ont cherché à en comprendre la signification. Ils ont ainsi montré que le “bénéfice” du vieillissement était imité par divers mécanismes (broyage, congélation/décongélation, détergents), dont l’effet commun était de rompre les membranes biologiques. L’augmentation apparente de l’activité ne reflétait donc rien d’autre que la perte de latence enzymatique, c-à-d de la séquestration par une membrane imperméable au substrat de cette enzyme. De plus, le paradoxe était partagé par plusieurs autres enzymes, qui toutes coupaient le mieux les molécules biologiques à pH acide : ces deux propriétés communes définissaient donc une famille, les “hydrolases acides”.
Combinant ces résultats avec l'analyse intégrée et rigoureuse des profils de centrifugation de plus de 40 enzymes dans le foie, réalisée par plusieurs laboratoires de par le monde, de Duve a imaginé un nouveau concept de compartimentation du cytoplasme, où toutes les hydrolases acides étaient rassemblées (donc concentrées) dans des vésicules acidifiées, accessibles seulement à des substrats par fusion de la membrane et servant d'estomac de la cellule [2].
Pour prouver l'existence de petits sacs (-soma) lytiques (lyso-) hypothétiques, que de Duve baptisa "lysosomes", l’isolement de fractions pures était indispensable. Ce fut d'abord une énigme, car les enzymes lysosomiales étaient retrouvées dans les mêmes fractions que les mitochondries, dont les fonctions sont tout autres (principalement la production d’énergie). Toutefois, l'inspection à l'oeil nu de la fraction «mitochondriale» conventionnelle montrait une stratification, avec une couche jaune (la couleur d’un résidu indigeste, appelé lipofuchsine) reposant délicatement sur un culot bien rouge (la couleur des cytochromes, typiques des mitochondries) : il suffisait de collecter séparément les deux couches pour séparer les lysosomes des mitochondries ! [1]. Ensuite, des méthodes de centrifugation plus poussées basées sur des différences de densité, améliorées ensuite par la charge des lysosomes avec un substrat indigeste de faible densité, ont permis de purifier les lysosomes à grande échelle pour des études fonctionnelles.
Il restait que, pour de nombreux scientifiques, «voir c'est croire». Bien que biochimiste, de Duve réussit à acquérir le premier microscope électronique pour la communauté scientifique belge et, en collaboration avec Alex Novikoff, pu relier le concept des lysosomes avec des structures bien connues mais de signification inconnue, les “corps denses” [3]. La preuve ultime fut apportée par la démonstration cyto-chimique de la phosphatase acide en microscopie électronique au niveau des “corps denses”, grâce à la collaboration avec Marilyn Farquhar aux USA [4].
L'importance des lysosomes a été systématiquement explorée dans d'autres tissus et d’autres contextes. Une revue d’ensemble fondatrice [5] a ouvert la voie à l'intégration des lysosomes avec :
(i) l’endocytose (captures de protéines extérieures), qui s'est épanouie avec la découverte de la capture des lipoprotéines de basse densité et l'homéostasie du cholestérol par Goldstein et Brown, en relation avec l’infarctus du myocarde [6];
(ii) la phagocytose (capture de particules), en relation avec la lutte contre infections bactériennes (reliant ainsi les mécanismes prédits un siècle avant par Metchnikoff);
(iii) l'autophagie (la cellule mange une partie d’elle-même), un mécanisme dont l’importance cruciale pour de multiples processus, y compris le cancer, n’a émergé que dans la dernière décennie;
(iv) les maladies lysosomiales génétiques, suite à l'élucidation par Géry Hers de la maladie de Pompe [7];
(v) les maladies lysosomales acquises, telles que la charge pathologique en cholestérol dans l'athéromatose [6]; et
(vi) la pharmacologie, illustrée par la chloroquine, un médicament anti-malarique [8].
Que de vastes implications en médecine pour l’élucidation d’une observation initiale "anecdotique", et combien bénéfique la liberté du chercheur !
Une approche similaire, basée sur l'identification d’un autre groupe d'enzymes catalysant des réactions d’oxydo-réduction et partageant une répartition distincte, a révélé l'existence des peroxysomes et stimulé des recherches avec Paul Lazarow et bien d'autres sur les mécanismes complexes de leur formation. Ainsi, le développement et l’application de la même méthodologie rigoureuse a conduit à la découverte inattendue (presque un pléonasme) de deux compartiments importants de la cellule, totalement indépendants dans leur structure, leurs fonctions, leur formation et leurs pathologies. La voie vers la dissection systématique des compartiments de la cellule était ouverte.
La reconnaissance internationale ne tarda pas à venir: d’abord l’attribution d’un poste conjoint de Professeur à l'Université catholique de Louvain et à l'Institut Rockefeller à New York en1962, et culminant en 1974 avec le prix Nobel de médicine, partagé par Christian de Duve, Albert Claude et George Palade pour leurs découvertes sur l’organisation structurelle et fonctionnelle de la cellule (voir [9]).
Face à la plus haute distinction scientifique (et le défi qu'il véhicule), de Duve pris une deuxième direction dans sa vie professionnelle. Il saisit cette occasion pour créer l'Institut international de recherche sur la Pathologie Cellulaire et Moléculaire à Bruxelles (“ICP”, rebaptisé en 2007: “Institut de Duve”). Dès son origine, l'objectif ambitieux assigné à cet Institut était d'exploiter les approches multidisciplinaires pour comprendre les maladies et dégager des thérapies rationnelles. Cette philosophie est résumée dans la devise "Mieux comprendre pour mieux guérir", et symbolisé par un logo où la double hélice de l'ADN, symbole du triomphe de la biologie moléculaire, s’enlace avec le bâton d’Esculape, symbole de la médicine soignante.
Sous la forte vision de Duve et son leadership, l'ICP a donc été formé en rassemblant quatre laboratoires de la Faculté de médecine (biochimie, immunologie, endocrinologie et microbiologie), au sein de l'Université catholique de Louvain qui n’a cessé de lui apporter un soutien vigoureux, tout en lui laissant une direction indépendante et des moyens d’initiative propres.
Dès sa naissance l'Institut a ainsi été renforcé par des financements et un mécénat autonomes, la création de nouveaux laboratoires (par exemple une Unité de recherches sur les maladies tropicales), et un programme de formation spéciale pour les chercheurs postdoctoraux étrangers (bien avant le programme européen Curie). Grâce à l’installation de Thierry Boon et de son équipe et, par son intermédiaire, grâce la création de la branche bruxelloise du prestigieux Institut Ludwig pour la Recherche sur le Cancer, une fécondation croisée particulièrement bénéfique se développa. C’est dans cet Institut que le premier antigène spécifique de cancer humain a été identifié. Plusieurs autres découvertes importantes sur l'immunité tumorale ont été obtenues, grâce auxquelles le premier essai clinique à grande échelle pour vacciner des patients cancéreux contre leur propre cancer est en cours.
Après ces deux réussites remarquables, comme chercheur de première ligne, puis comme fondateur et directeur d’un Institut d’un genre nouveau en Belgique, de Duve n’a pas limité ses ambitions à une retraite bien méritée: il décida à s’adresser au plus grand nombre. D’abord, il s’est attelé à rédiger des manuels remarquables de clarté sur la biologie de la cellule, intégrant les structures [10] et les mécanismes biochimiques [11].
Orateur hors pair, il a partagé son enthousiasme contagieux pour diffuser les connaissances scientifiques et mettre en évidence leur importance dans le creuset de la culture.
Ses réflexions d’une grande profondeur se sont focalisées sur l'origine de la vie et l’ont amené à combattre avec vigueur la théorie du "dessein intelligent", aux implications désastreuses, tout en récusant les visions séduisantes mais réductives sur la vie du regretté Jacques Monod: “la vie est trop complexe pour pouvoir jamais se produire ailleurs dans l'univers [12]. La réponse est: "Non, si la vie est une évolution avec des milliards d’années devant elle". En effet, de Duve a intégré les leçons de la chimie prébiotique, les observations sur les premières formes de vie sur terre et sur les conditions compatibles avec l'émergence de la vie dans le cosmos. Il soutient de façon convaincante que la vie est loin d'être un événement fortuit totalement improbable, donc irreproductible. Au contraire, parce qu'elle obéit aux lois de la chimie, la vie doit par nécessité émerger lorsque les conditions adéquates sont rassemblées, ce qui doit inévitablement se répéter compte tenu de la durée immense de temps et la multiplicité des galaxies de notre univers: «la vie est un impératif cosmique» [13, 14].
Il s’est récemment tourné vers les préoccupations de tous les humains sur l’avenir de cette planète fragile entre leurs mains, cherchant à traduire en termes simples les implications de la biologie, et montrant à l’occasion son attachement à la jeunesse et sa totale liberté de pensée et d’opinion [15].
Quel que soit l'aspect de ce destin exceptionnel sur lequel on se penche, tous ceux qui ont eu le privilège d’interagir avec le Professeur Christian de Duve ont compris combien ce mélange admirable de liberté intellectuelle, de confiance en soi et de leadership; de travail et de culture; de rigueur dans l’analyse et d’audace dans les synthèses, expliquent le succès des trois étapes de sa vie: chercheur, entrepreneur, et penseur.
D'abord, l’acteur de première ligne, responsable d’un, puis de deux laboratoires à la pointe de la biochimie et de la biologie cellulaire de part et d’autre de l’Atlantique.
Ensuite, le fondateur et le premier directeur d’un Institut international multidisciplinaire de recherche à Bruxelles.
Enfin, esprit libre capable de poursuivre des études théoriques solides sur l'origine de la vie, puis acteur engagé contre des théories dangereuses et porte-parole inlassable des lumières de la science sur nos choix de citoyens du monde.
Références
1. de Duve C. Exploring cells with a centrifuge. Science, 1975, 189:186-94
2. de Duve C, Berthet J. The use of differential cen trifugation in the study of tissue enzymes. Int Rev Cytol, 1954, 3:225-70
3. Beaufay H, de Duve C, Novikoff AB. Electron microscopy of lysosome-rich fractions from rat liver. J Biophys Biochem Cytol, 1956, 2S4:179-84
4. Farquhar MG, Bainton DF, Baggiolini M, de Duve C. Cytochemical localization of acid phosphatase activity in granule fractions from rabbit polymorphonuclear leukocytes. J Cell Biol, 1972, 54:141-56
5. de Duve C, Wattiaux R. Functions of lysosomes. Annu Rev Physiol, 1966, 28:435-92.
6. Brown MS, Goldstein JL. A receptor-mediated pathway for cholesterol homestasis. Science, 1986, 232:34-47
7. Van Hoof F, Hers HG. The ultrastructure of the liver in various thesaurismoses. Rev Int Hepatol, 1967, 17:815-26
8. de Duve C, de Barsy T, Poole B, Trouet A, Tulkens P, Van Hoof F. Lysosomotropic agents. Biochem Pharmacol, 1974, 23: 2495-531
9. de Duve C. A Guided Tour of the Living Cell (two volumes), 1984, Scientific American Books; Une Visite Guidée de la Cellule Vivante (traduction A. Amar-Costesec). De Boeck Université, Bruxelles, 1987; Pour la Science, Diffusion Belin, Paris, 1987.
10. de Duve C. Blueprint for a Cell, 1991, Neil Patterson Publishers, Carolina Biological;
Construire une cellule, De Boeck Université, Bruxelles, 1990; InterEditions, Paris, 1990.
11. Monod J. Le Hasard et la Nécessité. Essai sur la Philosophie Naturelle de la Biologie Moderne, 1970, Editions du Seuil
12. de Duve C. Vital Dust. Life as a Cosmic Imperative. 1995; Basic Books, pp 362. Poussière de Vie, Une histoire du vivant; Fayard, Paris, 1996.
13. de Duve C. The origin of eukaryotes: a reappraisal. Nat Rev Genet, 2007, 8:395-403. 14. de Duve C. De Jésus à Jésus en passant par Darwin, Odile Jacob, 2011.
La femme mère et inventeure de société, et pour cela belle, attirante (elle attire tout le monde et pour cela donne lieu d’abord à la tribu, à la fin à la métropole), la femme centre d’une histoire qui a tourné mal à cause de ce malheureux machisme, l’homme qui conduit la destruction à la hache ou aux missiles pendant qu’elles sont à la quenouille ou aux baisers.
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