Contrôle de l'expression génique

Les cellules souches

Les cellules souches sont définies comme des cellules non spécialisées qui se divisent indéfiniment par mitose et se différencient en de nombreux types de cellules. Il en existe trois catégories :

• Cellules souches totipotentes

• Cellules souches pluripotentes

• Cellules souches multipotentes

Les cellules souches totipotentes sont présentes au stade du zygote et ont la capacité de se différencier en tous les types de cellules, y compris les cellules extra-embryonnaires (comme le placenta). Au fur et à mesure que tu descends dans la liste ci-dessus, la gamme de différenciation diminue. Lorsque ces cellules deviennent spécialisées, elles ne peuvent plus se transformer en aucun autre type de cellule.

Contrôle de l'expression des gènes

La régulation de l'expression des gènes commence avant la transcription, la première étape de la synthèse des protéines. Des protéines régulatrices appelées facteurs de transcription déterminent quels gènes sont exprimés (activés) et quels gènes ne sont pas exprimés (désactivés). Le schéma ci-dessous illustre la liaison d'un facteur de transcription à l'ADN. Ce processus est étroitement contrôlé afin que des molécules d'ARN messager (ARNm ) spécifiques soient produites, et donc que seules des protéines spécifiques soient produites.

Fig. 1 - La liaison d'un facteur de transcription à l'ADN

Un autre type de régulation de l'expression des gènes qui se produit au niveau transcriptionnel comprend la modification du complexe ADN-histone. Ce type de régulation est particulièrement fascinant car la séquence de base de l'ADN n'est pas modifiée, et pourtant elle a toujours la capacité de diriger les gènes qui sont exprimés. C'est ce qu'on appelle l'épigénétique.

L'épigénétique

L'épigénétique est l'étude des modifications de l'ADN et des histones qui contrôlent l'expression des gènes. Ces modifications sont héréditaires et ne sont pas causées par des changements de la séquence de base de l'ADN. Les modifications comprennent la méthylation de l'ADN et l'acétylation des histones, illustrées dans le schéma ci-dessous. Elles ont pour effet de condenser ou de relâcher le complexe ADN-histone. Le schéma des modifications s'appelle l'épigénome.

Fig. 2 - Méthylation de l'ADN et acétylation des histones

L'expression des gènes est étroitement régulée, et pour une bonne raison. Si les mauvais gènes sont exprimés ou réduits au silence, des maladies génétiques peuvent apparaître. Le cancer est une maladie qui se caractérise par la prolifération incontrôlable de cellules, et dans certains cas, la cause a une origine épigénétique.

Contrôle translationnel de l'expression génétique

Avant que la traduction ne se produise, des modifications supplémentaires peuvent être apportées à la molécule d'ARNm. Il peut s'agir de l'épissage de l'ARNm, qui consiste à retirer les introns (ADN non codant) de la molécule.

Même après la traduction, le polypeptide peut être encore modifié, par exemple par l'ajout de groupes chimiques. L'ajout d'un groupe phosphate à un polypeptide, catalysé par les protéines kinases, en est un excellent exemple. Cet ajout peut modifier le pliage d'une protéine et donc changer sa fonction.

Projets et technologie du génome

Le séquençage d'un génome permet de cartographier l'ensemble des informations génétiques contenues dans un organisme. Par exemple, le projet du génome humain (1990-2003) était un effort de collaboration visant à déterminer tous les gènes de nos cellules. Mais ce n'était pas une mince affaire. Le projet a utilisé des technologies telles que le séquençage du génome entier (WGS), et d'autres avancées en ont découlé. Il s'agit notamment de l'hybridation de l'ADN, qui est utilisée pour localiser les allèles spécifiques d'un gène, et de l'empreinte génétique. Ces avancées technologiques ont de vastes applications dans le traitement des maladies et en médecine légale.