Révision partie 2 : Embryologie :

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1 Révision partie 2 : Embryologie : La double hélice. 1 ère figure : Composition chimique fondamentale. Les deux brins sont déroulés. 2 ème figure : Principales caractéristiques tridimensionnelles de la structure de l ADN. Les rubans de ce schéma représentent le squelette désoxyribose-phosphate des deux brins d ADN. Les deux brins sont reliés l un à l autre par des liaisons hydrogène établies entre les bases azotées. (p.314) Les quatre bases de l ADN Dans la double hélice d ADN, les paires de bases azotées sont retenues ensemble par des liaisons hydrogènes. Lors de la transcription en ARN, le T est remplacé par U. Différence entre ADN/ARN : - Ribose (C 5 H 10 O 5 ) au lieu de désoxyribose (C 5 H 10 O 4 ) - Uracyle à la place de Thymine - ARN peut exister sous forme d un brin unique Les trois lettres de l ADN forment un acide aminé et l assemblage de ces 5 acides aminés forment un peptide qui va donner une protéine. Il y a un signal de début et de fin pour indiquer quel peptide va être formé. 1

2 Niveaux de condensation de la chromatine. Cette série de diagrammes montre un modèle actuel des stades successifs d enroulement et de repliement de l ADN. Ceux-ci aboutissent à un chromosome métaphasique hautement condensé. 1. Nucléosomes. L ADN associé à des molécules d histones (protéines) forme un collier de perles constitué de nucléosomes déployés (=auseindergefaltet). 2. Fibre de chromatine de 30 nm. Avec la contribution d une histone, la chaine de nucléosomes s enroule de façon à former une fibre de chromatine. 3. Domaines en boucle. Les boucles sont liées à une armature de protéines différentes des histones. (p. 385) Chromosome métaphasique : phase dans laquelle la cellule ne se divise pas. Tel qu on voit dans une cellule en repos. Gène : unité fondamentale de l hérédité constituée d ADN, reproduite à l identique au cours des divisions cellulaires. Ce segment d ADN est composé d une région transcrite et de séquences régulatrices. C est donc son expression qui fait l objet d activation ou de répression. Hétérozygote: se dit d un individu qui possède deux allèles différents pour un gène (locus) donné. Allèle: Etats alternatifs d un gène, par ex. pigmentation des yeux. Génotype: caractéristiques génétiques d un individu donné. Phénotype: ensemble des caractères, structures et fonctions observables dans une cellule ou un organisme. Transgenèse: modification par génie génétique (modification ou délétion d un gène, ou introduction d un nouveau gène). Résumé de la transcription et de la traduction dans une cellule eucaryote 1. Transcription : L ARN est transcrit à partir d une matrice d ADN. 2. Maturation de l ARN : Chez les eucaryotes, le transcrit d ARN (ARN pré-messager) est épissé (enlève les morceaux non-codant) et modifié, il devient ainsi l ARNm qui passe du noyau au cytoplasme. 3. L ARNm quitte le noyau et se lie au ribosome. 4. Chaque acide aminé se fixe à l ARNt qui lui correspond à l aide d une enzyme spécifique et d ATP (énergie) 5. Traduction : Une série d ARNt ajoute leur acide aminé à la chaîne polypeptidique pendant que l ARNm traverse 2 le ribosome un codon à la fois (lorsqu il est complété, le polypeptide se détache du ribosome) Polypeptides : chaîne d acides aminés qui est découpée pour former des protéines (p. 392)

3 Gène transmis Exon : segment d ADN situé à l intérieur de la séquence codant d un gène, dans la cellule eucaryote. Intron : Segment d ADN non codant situé à l intérieur de la séquence codant d un gène, dans la cellule eucaryote. Coiffe 5 : Forme modifiée de la guanine, m 7 G triphosphate, qui s ajoute à l extrémité 5 d une molécule d ARN prémessager pendant la maturation. Un gène d eucaryote et son transcrit. Chez les eucaryotes, chaque gène fonctionnel comporte un promoteur, soit une séquence d ADN à laquelle l ARN polymérase se lie (avec l aide des facteurs de transcription, ensemble de protéines) et où elle commence la transcription, en se dirigeant vers l aval. Un certain nombre d élément de contrôle et de séquence d ADN situées près du promoteur (contrôleur rapproché) ou loin de celui-ci (amplificateur éloigné) contribuent à la régulation de l initiation de la transcription.l extrémité 3 du transcrit de l ARN est marquée par un terminateur ; celui-ci est situé près de la fin du dernier exon. Les enzymes de maturation de l ARN ajoutent immédiatement une coiffe 5 et une queue poly(a) au transcrit primaire, qui protège l ARN de la dégradation, puis un complexe d épissage excise (=herausschneiden) les introns. L ARNm ainsi produit est prêt à être transporté dans le cytoplasme. Il comprend la séquence guide et la séquence remorque, qui ne seront pas traduites. (p ) Le promoteur détermine si le gène va être transcrit, il y aussi des amplificateurs à distance, donc on est obliger de regarder le gène dans son ensemble, on ne peut pas seulement décoder une petite partie. Lorsque la séquence régulatrice n est pas activée, il n y a pas activation du gène, et donc pas de transcription Activateur :?Facteur de transcription qui se lie amplificateur et qui stimule la transcription d un gène. à un Les facteurs de transcriptions servent d intermédiaire : ce sont eux qui permettent la liaison de l ARN polymérase et le début de la transcription. Ce n est que lorsqu un certain nombre de facteurs de transcription ont été fixés au promoteur que l ARN polymérase se lie à celui-ci. L ensemble constitué par l ARN polymérase et les facteurs de transcription liés au promoteur est appelé complexe d initiation de la transcription. Cela montre que le milieu peut contrôler l expression génétique. Régulation d une voie métabolique. Le tryptophane (acide aminé très important, qui se trouve notamment dans les bananes) demande 5 étapes de transformation. Il faut avoir le premier élément de la chaîne (substrat initial) et les enzymes qui permettent ses modifications pour produire cet acide aminé. Dans la voie de synthèse du tryptophane une forte concentration de cet acide aminé peut avoir pour effet de réprimer l expression des gènes de tous les enzymes de la voie de synthèse (inactive transcription, empêchant la production) et d inhiber l activité de la première enzyme de la voie (rétro-inhibition). Le symbole de sens interdit désigne une inhibition. 3 Flèche rouge : régulation de l expression des gènes. Flèche jaune : régulation de l activité enzymatique. (p. 374)

4 Absence de tryptophane, répresseur inactif, opéron activé. L ARN polymérase se lie à l ADN au niveau du promoteur et transcrit les gènes de l opéron. Régulation de la synthèse des enzymes répressibles. Le tryptophane est un acide aminé produit par l intermédiaire d une voie métabolique catalysée par des enzymes répressibles. Cinq gènes codant pour les polypeptides constituant les enzymes de cette voie de synthèse sont regroupés en un opéron ; cet opéron contient aussi un promoteur et un opérateur. L accumulation de tryptophane a pour effet de réprimer la synthèse des enzymes en question. (p. 375) Présence de tryptophane, répresseur actif, opéron inactivé. Au fur et à mesure que la concentration de tryptophane s accroit, cette substance inhibe sa propre production en activant le répresseur protéique. Un changement de charges amène à un changement de configuration : le répresseur devient actif. Le répresseur inactive l opéron en se liant à l opérateur et empêchant l ARN polymérase d accéder au promoteur.?le tryptophane se lie ensuite à un site allostérique du répresseur protéique ; celui-ci reprend sa forme inactive. (p. 375) Ici ; dans Ecoli La quantité de tryptophane régule l activité des gènes. En grande quantité, l activité des gènes qui permet la production des enzymes est freinée. Absence de lactose, répresseur actif, opéron désactivé. Le répresseur de lactose est naturellement actif ; en absence de lactose, il désactive l opéron en se liant à l opérateur. L opéron lactose : régulation de la synthèse des enzymes inductibles (=increase its production). Pour assimiler et métaboliser le lactose, la bactérie (E. Coli) a besoin de trois enzymes, dont les gènes sont regroupés dans l opéron lactose. (p. 377) 4

5 Présence de lactose, répresseur inactif, opéron activé. L allolactose, un isomère du lactose, réactive l opéron en inactivant le répresseur. C est ainsi que la production des enzymes du métabolisme du lactose est remise en marche. (p. 377) 1. Translocation ou transposition : gène déplacé vers un nouveau locus et soumis à de nouveaux éléments de contrôle excès de la protéine stimulatrice d une croissance normale. 2. Amplification génique : copies multiples du gène excès de la protéine stimulatrice d une croissance normale. Proto-oncogène : élément normal à l origine d une protéine qui induit la croissance des cellules. 3. Mutation ponctuelle du gène protéine hyperactive ou résistante à la dégradation. Gène qui ne répond plus bien au signal de frein : s exprime par facteur de croissance très efficace et qui ne répond plus au frein d arrêt. (p. 399) Le troisième est un problème vraiment important, une mutation. Les oncogènes sont une des trois grandes catégories de gènes associés aux pathologies cancéreuses. Ce sont des gènes dont l expression est anormale et qui contribuent à la prolifération anarchique des cellules. Protéine modifie la forme du génome. Les proto-oncogènes sont les régulateurs positifs de la prolifération (=Vermehrung) cellulaire (les accélérateurs).? Ils deviennent hyperactifs et leur modification (en oncogène) est dominante car il suffit qu'une des deux copies du gène soit Dégradation d une protéine par protéasome. Un protéasome est un énorme complexe protéique dont la forme rappelle celle d un tonneau. Sa fonction est de découper les protéines inutiles qui se trouvent dans la cellule. Dans la plupart des cas, il attaque les protéines marquées de courtes chaines d ubiquitine (une petite protéine). 1) Des enzymes du cytosol ajoutent des molécules d ubiquitine (marque une enzyme qui est vieille) à une protéine. 2) Un protéasome reconnait la protéine ainsi marquée ; il la déploie et l enfouit dans sa cavité centrale. 3) Les enzymes du protéasome découpent la protéine en de petits peptides pouvant être dégradés ultérieurement par les 5 enzymes du cytosol. (Utilisation ultérieur de ses a.a) (p. 398)

6 La part des gènes Nuancer le «gène code absolu d une protéine» c est-à-dire «fragment de molécule d ADN recopié en ARN messager et codant pour une protéine» Il n y a pas de définition universellement valable de ce qu est un gène ce qui n enlève cependant pas au gène son pouvoir déterminant. Les segments qui contrôlent font-ils parties des gènes ou pas!? La différence génétique entre drosophile et humain n implique pas de nouveaux gènes mais la présence de familles multigéniques (redondance). Beaucoup de gènes qui contribuent à peu près pour la même protéine ; variantes, biodiversité! Important pour la fonction du génome. Les cellules préexistent à l existence des gènes : les gènes ne font pas la cellule Mutation d un gène «indispensable» La maladie, conséquence de la modification ou de l absence d une protéine Les gènes orientent le fonctionnement cellulaire La gravité de la maladie dépend aussi de l activité d autres gènes Il existe deux types de division cellulaire dans le monde vivant : la mitose et la méiose Mitose : assure la naissance de cellules identiques à la cellule mère lors de la multiplication asexuée. L'étape de séparation de chaque chromosome de la cellule mère et de leur répartition est égale dans chacune des deux cellules filles. Ainsi, chaque «noyau-enfant» reçoit une copie complète du génome de l'organisme «mère». Méiose : aboutit à la production de cellules sexuelles ou gamètes pour la reproduction. Durant la méiose, la quantité d'adn au sein de la cellule évolue au cours du temps. Chaque cellule va donc séparer son patrimoine génétique (contenu dans des chromosomes) en deux afin de ne transmettre que la moitié de ses gènes aux cellules filles. Déterminant cytoplasmique de l ovocyte de 2 ème ordre : Il contient des molécules codées par les gènes maternels et influençant le cours du développement du futur embryon. Les déterminants sont des molécules qui vont interférer l expression de chaque gène. Beaucoup de ces déterminants cytoplasmiques (comme ici) ne sont pas distribués également dans l ovocyte (élements se répartissent à différent endroit à cause de la pesanteur). Après la fécondation et la division mitotique, les noyaux cellulaires de l embryon se retrouvent dans des environnements où la concentration des divers déterminants cytoplasmiques 6 varie ; par conséquent, ils expriment des gènes différents. (p. 448)

7 Accumulation de 16 cellules A. Division rapide. Les deux se développent indépendamment in-utéro. B. Division plus tard. Annexe embryonnaire commune ; qu un placenta et 2 poches amniotiques (=enveloppe qui se constitue autour de l'embryon). C. Division tardive. Un placenta et un amnios. Jumeaux monozygotes : un ovule uniquement Théoriquement, des vrais jumeaux devraient être identiques, mais ce n est pas le cas. Certaines modifications chimiques ou environnementales (épigenèse) déterminent quels gènes peuvent être transcrits. Epigenèse: modulation de l expression des gènes sous l effet de l environnement (ces modifications sont réversibles). Méthylation de l ADN par fixation de groupes méthyles sur les bases C de l ADN. Modification des histones par acétylation: interagit avec la probabilité de transcription. Ces modifications déterminent quels gènes peuvent être transcrits. Les cellules précoces déterminent les annexes embryonnaires. Jumeaux hétérozygotes : deux ovules fécondés en même temps. Axes de polarité: Axes définissant les polarités antéropostérieure, dorso-ventrale et droite-gauche. Blastocyste: stade du développement de l œuf de mammifère (blastula) à la fin de la période de segmentation précédant l implantation du germe dans l utérus. Environ 100 cellules. Sphère formée par un épithélium de revêtement, le trophectoderme (futur placenta) et une masse cellulaire interne (futur embryon). Crête neurale: structure embryonnaire transitoire qui a pour origine le tube neural. Constituée de cellules pluripotentes qui vont migrer pour former par différenciation, le SNP, les cellules glandulaires, pigmentaires, osseuses, conjonctives (au niveau de la tête). Gamète: cellule sexuelle haploïde mâle ou femelle (23 chromosomes). Zygote (œuf fécondé): diploïde (46 chromosomes). Sources d information régissant le développement du jeune embryon : a) Déterminant cytoplasmique de l ovocyte de 2 ème ordre (voir spermatozoïde) Le voisinage détermine ce qu elle va avoir à manger et elle reçoit également les molécules chimiques de ses voisins ; la place dans l embryon est donc déterminante. 7 b) Induction par les cellules voisines : Les cellules citées au sommet de ce jeune embryon de Sarcelle émettent des substances chimiques modifiant l expression des gènes des cellules voisines. (p. 448) L œuf n est pas homogène : il y a deux pôles. Les cellules vont se comporter différemment en fonction de leur position (haut ou bas). Les cellules ont une grande influence sur les cellules qui se trouvent à leur proximité et une très faible influence voir pas du tout sur celles qui sont éloignées. Cela crée la différence entre avant et arrière. Notre système est au début à 2 axes et devient ensuite à 4 axes, voir figure au-dessus.

8 Ventral Dorsal Mésoderme : feuillet embryonnaire qui est situé entre l endoderme (organes externes) et l ectoderme (peau, émaille des dents) et qui donne naissance à la corde dorsale, à la muqueuse du cœlome, aux muscles, au squelette, aux gonades, aux reins et à la plus grande partie du système cardio-vasculaire.?c est le voisinage entre pôle animal et structure mitoyenne (=commun) qui détermine le développement. Il y a un hasard de la répartition des cellules, mais le hasard n existe pas, il y a des biais (composantes qui poussent à la décision). C est la conjonction des trois (---derme) qui permet que le mésoderme se différencie. S il y a une séparation entre le pôle sud et le pôle nord, le mésoderme ne se développe plus, c est un développement d ensemble, on ne peut pas isoler une partie, si on le fait elle ne se développera pas correctement. Aussi gradient entre côtés, qui deviendra dorsal et ventral. Imposé par la différence de la forme des cellules ; modification dans la structure du cytosquelette qui vont être à l origine du changement morphologique. Changement de forme des cellules pendant la morphogenèse : Les modifications morphogénétiques observées dans les tissus embryonnaires sont associées à un remaniement du cytosquelette cellulaire. Comme on le voit ici, lors de la formation du type neuronale des vertébrés, les microtubules étirent les cellules de la plaque neuronale. Les microfilaments situés à l extrémité dorsale des cellules se contractent ensuite et leur donnent une forme de coin, ce qui a pour effet d incurver l ectoderme vers l intérieur. Extension convergente d une couche de cellule : dans ce schéma simplifié, la couche de cellules rétrécis et s allonge sous l effet des changements de forme et de position des cellules. Réagissant à un stimulus de nature inconnue, les cellules s étirent dans une certaine direction et s intercalent les unes entre les autres et en résulte un allongement de la couche cellulaire dans une direction perpendiculaire au mouvement de convergence. (p. 1107) La morphogenèse est un changement local. Les cellules dans cet exemple prennent une forme de trapèze et l ensemble des cellules vont donc former une gouttière. Ces indications pour prendre une certaine forme peuvent venir de choc électrique possibilité de crédibilité des médecines alternatives qui soignent avec les diverses énergies. Toutes les cellules de départ ne vont pas avoir le même avenir. La morphogenèse x donne lieu à une sorte de différenciation. Il y a des seuils. Quand la morphogenèse descend en dessous du seuil, on passe à une structure en escalier. C est une articulation d autres gènes. Il y a des gradients qui déterminent que les cellules se différencient de manière diverse. Il y a une répartition d on ne sait quoi qui va influencer le développement de l embryon. Morphogenèse : ensemble de mécanisme physiques qui déterminent la forme d un organisme et l organisation de sa structure au cours du développement. (p. 238) Plus d une certaine substance (morphogène = substance qui induit la forme) va donner une forme différente aux cellules. Il y a 8 différents seuils, ces seuils correspondent à une forme différente pour les cellules. La propriété des cellules dépend donc de la concentration.

9 Des empreintes diverses : Empreinte génétique : obtenue par l analyse de la représentation de marqueurs révélant certaines portions de l ADN, elle est caractéristique d un individu Empreinte parentale: mécanisme épigénétique conduisant à l expression monoallélique dans les cellules somatiques de l embryon en fonction de l origine parentale de l allèle. Il y a donc une différenciation entre allèle paternel et maternel et expression inégale entre les deux génomes parentaux. Transgenèse: ensemble des techniques de transfert, modification ou suppression de gènes. L information de position de Wolpert: comment les cellules savent-elles où elles sont? Mais un concept bien abstrait pour les biologistes 1. Comment rendre compte du fait que les cellules se comportent comme si elles savaient où elles étaient dans l organisme? 2. Comment faire l économie d une téléologie impossible ou d une action extérieure organisant la vie? 3. Dans les années 60, les biologistes éludent simplement la question pour éviter tout «vitalisme» 4. Pourtant le fait qu une cellule se différencie selon sa position dans l embryon n est possible que si une telle information est accessible à ses gènes 5. Lewis Wolpert introduit en 1968 un concept qu il veut rigoureux, fondé sur un modèle mathématique qu il popularise comme «modèle du drapeau français» Fox Keller. Gènes contenants une boîte homéotique et agissant comme des interrupteurs : Contrôle l activité d autres gènes selon s il est actif ou non Chaîne de gènes liés fonctionnellement les uns aux autres Figure de principe : Si la conséquence de l activité d un gène est la production de molécules, elles peuvent aller activer ou bloquer des autres gènes. Certain type de gène activé Chez les vertébrés on appelle Hox les gènes ayant des boîtes homéotiques. ch ro m os o m Le mode de différenciation d une cellule de l organisme animal dépend du nombre d interrupteur activé (c'est-à-dire de la nature des protéines à domaine homéotique synthétisé dans la cellule). Un interrupteur général peut commander plusieurs interrupteurs secondaires qui à leur tour en commandent d autres. Ici, les fils électriques représentent les effets des protéines de régulation codés par les gènes. (p. 455) Activation en cascade 1. Gènes à effet maternel: polarité 2. Gènes de segmentation: délétion, parité et polarité segmentaire 3. Gènes homéotiques: contenant une boîte homéotique pour la détermination des appendices d un segment donné 4. Autres gènes de l embryon Les gènes homologues commandent les plans d organisation (qui dépend de l expression locale de certains gènes) chez la souris : Les gènes homéotiques (un gène homéotique est un gène qui détermine le plan d'organisation d'un être vivant, c est-à-dire la place des organes les uns par rapport aux autres, et selon les axes de polarité) (contenant une boîte homéotique) commandant la forme des structures antérieures et postérieures de l organisme sont placés dans le même ordre sur les chromosomes de la souris ou d une drosophile par exemple. Chacune de ses petites cases qui figurent ici sur les chromosomes désignent un gène contenant une boîte homéotique. Chez la souris et les autres mammifères, contrairement à la drosophile, on trouve le même ensemble de gènes ou des ensembles similaires sur quatre chromosomes. Les couleurs revoient aux parties de l embryon où ces gènes s expriment et aux régions correspondantes de l organisme adulte. (p.454) 9 Gènes homéotiques : gène régulateur qui commande la destinée des groupes de cellules au cours du développement embryonnaire.

10 Détermination et différenciation des cellules musculaires : Cette figure illustre de façon simplifiée la formation d une cellule de muscle squelettique à partir de cellules embryonnaires quelconques ressemblant à des fibroblastes. 1. Lorsque ce type de cellules précurseur embryonnaire reçoit un certain stimulus envoyé par les autres cellules, un gène maître appelé myod est activé et la protéine correspondante est produite. L examen au microscope ne révèle aucun changement, mais il y a eu détermination : l activation de myod destine la cellule qui porte maintenant le nom de myoblaste à devenir une cellule de muscle squelettique. 2. La protéine MyoD est un facteur de transcription qui active les gènes codant pour d autres facteurs de transcription spécifique aux muscles. Les différents facteurs de transcription spécifique aux muscles activent les gènes des protéines musculaires comme la myosine et l actine. Pendant ce temps, les myoblastes fusionnent pour former des cellules musculaires parvenues à maturité qu on nomme également fibres musculaires. (p 447) Boîte de développement, production en masse Le système nerveux est le tissu qui se développe le plus tardivement chez les mammifères. De l embryon à l âge de 20 ans le système nerveux se construit. Les neurones y sont produits mais ils migrent, se différencient puis vont être soumis à des forces/facteurs qui vont les tuer (pas tous) ; toutes les dendrites possibles puis sont sélectionné («sculpter» : enlever les plus fragiles ou celles qui sont au mauvais endroit). Toutes ces étapes se font pendant la vie embryonnaire. La mort neuronale va continuer et les synapses vont être taillées vers 2-3 ans à 11 ans. Changement de comportement ; au lieu de se déplacer va se différencier ; produit des axones se dirigeant vers les profondeurs. Migration des cellules du cortex cérébrale. Les cellules de la zone ventriculaire ayant quitté le cycle cellulaire, migrent en générale le long du processus d une cellule gliale radiale. Les cellules migrantes quittant la CGR dans la plaque cortical et se différencies souvent dans son voisinage pour donner un neurone, ou autres. Pourtant, certaines cellules migrent tangentiellement, et ceci peut avoir lieu à plusieurs niveaux, par exemple dans la plaque corticale en suivant des fibres horizontales ou dans la zone ventriculaire. La surface est protégée par une méninge. La profondeur est organisée autour du ventricule la surface protège le polymère. Les cellules naissent dans la zone ventriculaire et vont aller dans d autres endroits en grimpant dans le cortex. Elles suivent des chemins produits par le cortex. Ce sont des influences qui contribuent à une morphogenèse. 10 La naissance cellulaire est un enchaînement systématique et organisé.

11 Mécanisme de l apoptose : Lorsqu une cellule destinée à mourir reçoit le stimulus approprié, il se produit dans son cytoplasme une cascade d activation protéique menant au découpage de ses protéines et de son ADN. La cellule en train de mourir émet des stimuli par lesquels elle ordonne à ses voisines de phagocyter et de digérer ses restes. L embryon est ainsi débarrassé des enzymes et des métabolites nuisibles. (p.457) Modèle du fondement moléculaire de l apoptose dans le développement de C. elegans : Chez C. elegans, l apoptose fait intervenir trois protéines principales : Ced-9, Ced-4, Ced-3. Une cellule reste en vie tant que la protéine régulatrice Ced-9 reste active. Ced-9 inhibe l activité de Ced-4 et l empêche d activer Ced-3. Lorsqu une cellule reçoit des stimuli de mort, ceux-ci inactivent Ced-9, ce qui permet à Ced-4 puis Ced-3 d être activés. Ced-3 est une protéase (=enzymes qui coupent les liaisons peptidiques des protéines) puissante qui, lorsqu elle est activée, découpe les protéines. Cela active les autres protéases et nucléases (=enzymes qui coupent les liaisons phosphodiesters des brins d'acide nucléique entre deux nucléotides). Par leurs actions combinées, ces enzymes tuent la cellule. (p.457) Glutamate ; transmetteur activateur important dans le SNC car il active les neurones mais en même temps demande qu il existe en contre-partie des facteurs de protection qui aura pour conséquence de limiter les? molécules de mitochondries / d oxygène? Pourquoi les cellules meurent? (décidé par l entourage) L oxygène n est pas un ion ou une molécule souhaitable, elle est corrosive pour le vivant mais on utilise des parades pour s en débarrasser en dégradant la substance et en y extrayant de l énergie pour en tirer profit. C est une négociation perpétuelle avec le milieu. Courir des risques est un facteur pour continuer à vivre. Le glutamate est un facteur suspect qui est un excitateur. Il a une influence sur le calcium dans la cellule (utile mais dangereux). ROS = ensemble des radicaux libres produits (par les mitochondries), c est la mise en route du mécanisme de mort cellulaire. Les facteurs de développement ont un effet inverse. La mort cellulaire : 1) Signalisation extracellulaire (la cellule est en permanence activée par des signaux qui soit favorisent la vie, soit sont des agents potentiellement dangereux) 2) Transduction du signal 3) Exécution 4) Élimination Deux états : Un actif (formation de glutamate et de radicaux libres) Un repos Il faut toujours avoir un équilibre entre les deux (jour/nuit) et système sympathique et parasympathique. Radicaux libres : 11 production à partir de l oxygène, ils ont un pouvoir oxydant très fort, et peuvent déséquilibrer la cellule s ils entrent en réaction.

12 Quatre phases successives de la mort neuronale : Pendant la phase de signalisation extracellulaire, les neurones sont soumis à des signaux exogènes induisant leur mort, tels le glutamate et les ROS. Inversement, les facteurs trophiques présents dans le milieu extracellulaire supportent la survie neuronale. La phase de transduction regroupe les mécanismes de signalisation intraneuronaux tels que des messagers secondaires, des enzymes et des facteurs de transcription capables de contrôler l expression génétique. C est au niveau mitochondrial qu aboutit le travail d intégration réalisé pendant la phase de transduction. Si les signaux induisant la mort neuronale l emportent, ils induisent la libération de facteurs mitochondriaux puis la formation d un complexe protéique cytoplasmique, l apoptosome. La phase de déclenchement de la mort neuronale est irréversiblement déclenchée, l apoptosome active les caspases des protéases associés à la mort du type apoptotique. Finalement, les reste neuronaux sont phagocytés et éliminés par des cellules microgliales ou des macrophages lors de la phase d élimination. Transduction : processus par lequel une cellule convertit un type de signal ou de stimuli en un autre type de signal ou de stimuli Caspases : un groupe de protéases à cystéine. Elles sont présentes dans le cytoplasme sous forme inactive: les procaspases. Cytochrome : Protéine contenant du fer et faisant partie de la chaine de transport d électrons des mitochondries et des chloroplastes. Agent protécteur. Une homéostase rédox est un équilibre entre des facteurs de réaction et d oxydation. Le déséquilibre est mauvais et provoque le stress. Il faut un équilibre entre les antioxydants et les oxydants. Donc plus je veux être actif, plus il me faut des facteurs de protection. Sinon, déclanchement de la mort cellulaire. Définition du vivant : Processus qui se trouve entre 2 risques ; pas assez fort ou trop faire et mourir. Le vivant se débrouille pour être en équilibre. L oxygène est un atome qui a tendance à piquer des e-. Il devient ainsi ; radical anion superoxyde. Ils sont alors capablent de produire des formes dangereuses de l oxygène, tel que du péroxyde d hydrogène (H ) et du radical hydroxyle (OH). 12

13 eut produire des radicaux libres d 0 2 : Origine possible de la schizophrénie Thermogenèse : production de chaleur qui entretient la température de l individu.? Famille d hormone? Prostaglandine : facteurs impliqués dans les réponses inflammatoires. Oxidative phosphorylation : Fabrique ATP et met en stock l énergie. Le devenir de l oxygène dans les cellules : Mitochondrial : usine pour l énergie (ATP) Extramitochondrial : formation de radicaux libres mais aussi un peu d énergie. Ce qui est inutile est ce qui cause un débordement. Tout est un équilibre de négociation. Les cellules souches : Totipotentes et pluripotentes dans l embryon Multipotentes chez l adulte Besoins et techniques de production : Avec un ovule A partir de cellules multipotentes Objectif thérapeutique ou clonage? Clonage: opération qui consiste à fabriquer des clones (cellules «filles» résultant de divisions successives. Se dit aussi d un organisme dont on produit, par diverses méthodes, plusieurs copies ayant le même génome. Différenciation cellulaire: toutes les cellules du corps sont génétiquement identiques. En exprimant des gènes différents, elles peuvent produire des phénotypes morphologiques et fonctionnels distincts. Cette différenciation est contrôlée par de multiples facteurs de croissance. Elle s accompagne de l inactivation de différents gènes (méthylation). Cellule totipotente: (œuf fécondé) qui a la potentialité de donner un embryon complet avec ses annexes Cellule pluripotente: se dit des 50 cellules internes du blastocyste qui ont toutes les potentialités de l organisme en devenir. Ne peut pas faire les annexes. Cellules multipotentes: cellules souches adultes. Chez l adulte, il y a des niches cellulaires souches dans différents endroits : Le cerveau : elles sont susceptibles de se différencier des neurones Les cellules sanguines : hématopoïétiques, renouvellement perpétuel, elles sont dans la moelle osseuse Le derme : pour le renouveler A la base du poil 13 Les cryptes intestinales : car elles permettent le passage des aliments digérés ainsi que le renouvellement toutes les 36h de la muqueuse. Les cellules ont une forme et une fonction déterminées. Les cellules souches ont des devenirs possibles différents.

14 Quelques étapes clés du développement des animaux : Zygote stade à 8 cellules blastula grastula animal adulte La blastula est une sphère de cellule entourant une cavité remplit de liquide. La grastula résulte de l invagination d une partie de la blastula ; une cavité intestinale rudimentaire est ainsi formée. La migration des cellules et des tissus joue un rôle important dans la morphogenèse animale. Les processus biochimiques menant à la différenciation cellulaire s amorcent avant la formation de la grastula. (p. 439) Invagination = se creuser. La situation la plus compréhensible (dans ce cas là) est la perte de globules rouges, il faut alors amener des cellules souches hématopoïétiques (cellules du sang) d un donneur. Il y a un risque de rejet, car les cellules peuvent être considérées comme des envahisseurs et déclencher des réponses immunitaires. Si on pouvait disposer de cellules souches de l individu, il n y aurait pas de rejet. Pour le clonage, on essai de produire des cellules souches pour greffer thérapeutiquement et pouvoir régénérer un système. Vu qu elles ont les propriétés de l individu, il n y a pas de risque de rejet. On va développer ces cellules en présence de facteurs spécifiques pour fabriquer quelque chose de précis. L adulte a du sang en perpétuel renouvellement. Il y a un devenir différent des précurseurs en 3 catégories : lymphoïdes, myéloïdes et érythroïdes. Mastocyte : cellule présente dans le tissu conjonctif qui produit l histamine et d autres molécules qui déclenchent la réaction inflammatoire. Erythroïde : produit deux cellules sanguines, sans noyau, contient plus d hémoglobine mais ne peut pas si diviser ni se réparer. Les plaquettes ont un rôle protecteur contre la perte de sang, elles sont importantes dans la coagulation. 14

15 2 stratégies : 1) On prélève de la moelle osseuse pour produire des cellules hépatiques, du muscle cardiaque voir des neurones. 2) On prélève dans un embryon fécondé. Cette méthode est plus facile que la première. Clonage d un mammifère : 1. Des cellules ont été prélevée sur le pis d une brebis et mises en culture dans un milieu pauvre en nutriments. Cet état de sous-alimentation a provoqué l arrêt du cycle cellulaire. Cela a aussi apparemment permis aux cellules de se différencier. 2. Chez une autre brebis, on a prélevé un ovocyte de 2 ème ordre dont on a enlevé le noyau. 3. On a fusionné une cellule mammaire et l ovocyte en soumettant les deux cellules à un courant électrique. Cela a également stimulé la division de l ovocyte. 4. Après avoir mis l embryon en culture pendant 6jours, on l a implanté 5. dans l utérus d une 3 ème brebis semblable à celle ayant fournis l ovocyte de 2 ème ordre. 6. La brebis Dolly est née après la période de gestation ; elle avait la même constitution chromosomique et la même apparence que la brebis qui a fourni la cellule mammaire. Cependant, Dolly n avait pas des gènes totalement identiques à ceux de la donneuse de cellules mammaires, parce que son ADN mitochondrial provenait de l individu qui a fourni l ovocyte de 2 ème ordre. (p. 444) A quoi bon? On perd de la diversité, le brassage génétique du père et de la mère. On gagne, par contre, en prédictibilité. Le fait que cela soit possible pose un problème. Du point de vue thérapeutique, on peut produire des cellules souches pour produire ce que l on veut, comme pour faire recroître un foie. On peut produire des cellules et «réparer» des cellules du corps adulte qui ne fonctionnent plus. Il y aura une totale compatibilité. Mais nous sommes dans un problème éthique, est-il possible de le réduire? 15

16 1. Méthode représentée complète pour l humain. Mais c est un démarrage de la vie humaine que l on arrête et cela pose un problème. 2. L autre solution est l entretien des cellules souches pour les faire vivre mais on les empêche de se différencier (prélèvement à la naissance d une cellule souche). Le problème est rejeté, car la différence est réduite, mais l origine reste problématique. L ovocyte non fécondé a deux noyaux. En prenant un œuf non fécondé, on le divise par un choc électrique et on garde les deux parties on peut avoir une lignée qu on peut entretenir. On peut alors créer des cellules totipotentes. Les biologistes essaient de répondre au problème éthique, car il n y a pas de problème biologique! Le clonage adulte a un caractère malsain et est rejeté, car l adulte produit est «moins bon». Cela va guérir des patients mais c est «commercial». Il y a encore d autres manières de procéder : On prélève une cellule souche d un embryon, celuici se développe normalement. On peut alors garder la cellule souche pour le soigner plus tard. Embryon non viable : extraire un noyau d un œuf, prendre des cellules de peau et de placenta fusion, cela donne la possibilité de produire une cellule en devenir et l embryon ne se développera pas. Mais ce n est pas un raisonnement logique et personnel. 16

17 Complément (notes cours): Thymine : premier moyen de marquer une cellule en division. Comment marquer des vaisseaux avec des nanoparticules!? Si on fait une injection dans le sang, système lymphatique, le foie va manger les nanoparticules, il faut donc les mettre à l abri du foie. On les met dans les globules rouges (membrane non perméable). Il faut distendre la membrane pour changer la taille des pores. Milieu hypotonique, moins de ions que dans le globule rouge ; H 2 0 entre dans le globule rouge, ce qui augmente son volume. (La membrane s entrouvre et libère son contenu.) Réversible : met globule rouge dans une solution de nanoparticules, engendrant ainsi un gradient : les nanoparticules entrent. Ensuite met dans un milieu isotonique ; retrouve globule rouge normal avec nanoparticules piégées. On injecte ces globules rouges au niveau du foie ; ils se dispersent et vont marquer tout les lieux où ils se sont dilués. 17