Expression différentielle des gènes

Gènes homéotiques
Erika Follien
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Expression différentielle des gènes

Messagepar Erika Follien » 03 nov. 2008, 14:58

Bonjour !
Une chose m'a toujours étonnée (et émerveillée) : toutes les cellules d'un organisme possède l'intégralité de son programme génétique, mais n'en exprime qu'une petite partie. Tout cela est dû à des facteurs de transcription, me semble-t-il, mais comment une cellule "sait" quelles gènes activer ?
(la question est simple, mais je crains que la réponse ne le soit pas...)
Merci pour vos réponses.

Jean Deutsch
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Re: Expression différentielle des gènes

Messagepar Jean Deutsch » 15 nov. 2008, 18:20

La question est importante. Elle s’est réellement posée, puisque ce problème est à l’origine de la résistance de nombreux embryologistes, et pas des moindres, comme le Prix Nobel Hans Spemann, au cours de la première moitié du 20ème siècle, à l’idée que les gènes pouvaient jouer un rôle au cours du développement. La question n’a pu être résolue qu’après la découverte de François Jacob et Jacques Monod en 1962, que l’expression des gènes est elle-même sous contrôle génétique.
Vous parlez à juste titre des facteurs qui contrôlent la transcription, donc « l’activité » des gènes. Mais cela ne fait que repousser le problème d’un cran : comment les gènes qui déterminent la séquence de (qui « codent ») ces facteurs de transcription, des protéines, sont eux-mêmes activés (ou réprimés) au cours du développement ? La question est celle du « destin » des cellules, comment est-il déterminé ?
Je ne parlerai ici que des animaux, mais le problème se pose de manière semblable chez les végétaux pluricellulaires.
Chez un certain nombre d’animaux comme les nématodes (le parasite Ascaris ou le nématode libre, favori des généticiens, Caenorhabditis elegans) et les ascidies (qui font partie des Tuniciers ou Urochordés), le destin des cellules est strictement déterminé par le lignage cellulaire, c’est-à-dire l’ordre et le rang de naissance de chaque cellule de l’organisme à partir de la première cellule, l’œuf fécondé. Ces animaux sont dits à « développement déterminé ».
Chez d’autres animaux, à vrai dire chez la plupart, le développement est dit « régulé » : chez ces animaux, le destin des cellules dépend essentiellement des interactions entre les cellules au cours du développement. Cette distinction entre « développement déterminé » et « développement régulé » remonte aux observations et aux expériences des embryologistes de la fin du 19ème siècle.
Aujourd’hui on sait que cette distinction est trop tranchée, et que même chez les animaux au développement le plus déterminé par le lignage cellulaire, les interactions entre cellules sont dans certains cas importantes pour déterminer le destin d’une cellule. Réciproquement, même chez les animaux à développement régulé,comme les vertébrés, à partir d’un certain stade de différenciation, les cellules de certaines lignées cellulaires sont déterminées, elles ne peuvent pas (ou très difficilement) revenir à un état indifférencié de cellules pluripotentes ou totipotentes, comme l’est l’œuf fécondé et comme le restent les cellules-souches.
Les cellules interagissent au moyen de molécules de communication cellulaire, la plupart du temps des protéines elles-mêmes, qui sont des signaux. Ces signaux sont reçus par des cellules voisines, qui présentent un récepteur à leur surface. Ce récepteur est souvent une protéine trans-membranaire, et la réception du signal se traduit par un changement de conformation du récepteur qui modifie l’état intracellulaire. Le signal est alors transmis jusqu’au noyau par une chaîne de réactions entre protéines qui aboutit à l’activation ou à la répression d’un ou de plusieurs facteurs de transcription, ce qui déclenche un programme d’expression de certains gènes et pas d’autres.
Ces molécules-signal sont souvent qualifiées de « morphogènes ». La concentration du morphogène dans l’organisme forme un gradient depuis la cellule (ou la rangée de cellules) qui émet le signal. Le destin des cellules de l’organisme, donc la morphogenèse des organes, dépend de la distance entre la cellule qui émet le signal et celle qui la reçoit. Les cellules les plus proches de la source auront par exemple un destin « bleu », celles situées un peu plus loin un destin « blanc » et celles encore plus éloignées un destin « rouge ». Ce modèle, dit « du drapeau français », a été formulé pour la première fois par Lewis Wolpert dans les années 1960.
Chez les animaux à développement régulé, les premiers signaux au cours du développement de l’embryon sont des protéines produites la traduction d’ARNs déposés dans l’œuf par la mère. Les œufs de ces animaux ne sont en effet pas homogènes. Ce qui fait que les premières cellules embryonnaires ont bien le même génome, mais pas le même potentiel d’expression de ce génome. Ces signaux définissent les premiers axes de polarité de l’embryon, puis les choses s’enchaînent du fait des interactions cellulaires.


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