En contrôlant les gènes qui sont exprimés, nous pouvons réguler les activités métaboliques des différentes cellules. En effet, les gènes codent pour des protéines qui, à leur tour, déterminent la fonction d'une cellule. Par conséquent, les cellules se spécialisent pour remplir des fonctions spécifiques. C'est pourquoi la régulation de l'expression des gènes est très importante car, sans elle, nous n'aurions pas de cellules spécialisées.
Mais tout d'abord, nous devons avoir des cellules qui ont la capacité de se spécialiser en une large gamme de cellules. C'est ce qu'on appelle les cellules souches.
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.
Le fait que les cellules spécialisées ne se divisent plus continuellement est une bonne chose ! Cela signifie qu'elles peuvent effectuer efficacement leurs activités métaboliques.
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.
L'épissage de l'ARNm ne se produit que dans les cellules eucaryotes, car leur génome comprend à la fois des introns et des exons. Les génomes procaryotes ne contiennent que des introns et l'épissage de l'ARNm n'est donc pas nécessaire.
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.
Contrôle de l'expression des gènes - Principaux enseignements
- Toutes les cellules vivantes contiennent le même génome, mais les cellules spécialisées expriment des gènes spécifiques.
- Le contrôle transcriptionnel de l'expression des gènes comprend les facteurs de transcription et les modifications épigénétiques.
- L'épigénétique est l'étude des modifications de l'ADN et des histones pour contrôler l'expression des gènes. Cela n'inclut pas les modifications de la séquence de base de l'ADN.
- Le contrôle translationnel de l'expression des gènes comprend l'ajout de groupes chimiques aux polypeptides, tels que les groupes phosphates.
- Les technologies de l'ADN, telles que l'hybridation de l'ADN, sont issues des études génétiques et sont aujourd'hui largement utilisées dans les applications médicales et médico-légales.
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