teneur en ARN est relativement ancienne, et liée
au développement de la cytochimie. Les cellules
du pancréas exocrine des Vertébrés, par exemple,
spécialisées dans une sécrétion abondante
d’enzymes hydrolytiques (déversées dans le tube
digestif), sont très riches en ARN, comme le montrent les analyses biochimiques. En revanche, on
trouve peu d’ARN dans les cellules musculaires
striées qui, une fois différenciées, contiennent des
protéines en abondance (les plus connues étant
l’actine et la myosine), mais en fabriquent très peu.
Cette corrélation est renforcée par des expériences
de physiologie cellulaire utilisant les radio-isotopes et permettant de mesurer des taux instantanés de synthèse d’ARN.
Un grand nombre d’observations atteste qu’en
l’absence de tout ADN, les ARN suffisent pour
assurer la synthèse des protéines dans la cellule.
La plus simple est fournie par les expériences
d’incorporation in vivo d’acides aminés radioactifs
dans les protéines, qui montrent, après autoradiographie, que ce processus a lieu exclusivement
dans le cytoplasme (ce qui n’exclut d’ailleurs pas
un transport secondaire vers le noyau). Les expériences d’énucléation ont aussi démontré que les
synthèses protéiques peuvent se poursuivre pendant un temps plus ou moins long après la perte
du noyau : de quelques jours chez l’amibe, à
quelques semaines chez l’acétabulaire ! Dans ce
dernier cas, on a de plus observé une corrélation
étroite entre la disparition des ARN cytoplasmiques et la diminution progressive de l’activité
de synthèse des protéines. On rappelle enfin que
des systèmes artificiels de synthèse protéique in
vitro, constitués de fractions cellulaires hautement
purifiées contenant des ARN, mais pas d’ADN,
ont été mis au point dans les années 50.
La mérotomie, qui n’est réalisable que sur des
organismes unicellulaires favorables, a été remplacée par l’utilisation de drogues bloquant spécifiquement l’activité de transcription du noyau : on
réalise ainsi une véritable énucléation chimique
de la cellule qui a, en outre, l’avantage d’être parfois réversible. Certains antibiotiques, extraits de
Bactéries ou de Champignons, sont des poisons du
noyau et, en se combinant à l’ADN chromosomique, ils bloquent complètement son activité de
transcription. Lorsque des cellules sont incubées
en présence d’une substance telle que l’actinomycine D , par exemple, on observe les mêmes effets
globaux que ceux décrits plus haut pour les énucléations chirurgicales. L’intérêt évident de cette
technique est qu’elle peut s’appliquer à de grands
nombres de cellules (cultures de cellules, tranches
d’organes), et qu’elle autorise ainsi une analyse
biochimique approfondie, inconcevable jusque-là.
On constate alors que toutes les activités cellulaires
ou les synthèses protéiques ne «s’éteignent » pas à
la même vitesse. Les différences de délai mesurées
tiennent à la durée de survie intrinsèque des protéines elles-mêmes (suivant aussi qu’elles sont
solubles, ou bien incluses dans des structures ou
des organites, ce qui les stabilise), ainsi qu’à la
quantité absolue et/ou à la stabilité des molécules
messagères stockées dans le cytoplasme avant
l’arrêt de l’activité nucléaire.
2.3.3. C ONCLUSIONS GÉNÉRALES
SUR LE RÔLE DU NOYAU
Cet organite contrôle toutes les activités cellulaires en fabriquant une catégorie de molécules
intermédiaires entre l’ADN et les protéines :
l’ARN, dont l’action s’exerce dans le cytoplasme à
travers la synthèse des protéines. La compartimentation stricte de l’information génétique chez les
Eucaryotes doit être rapprochée, d’une part, de la
complexité des processus biochimiques qui se
déroulent au sein du noyau (voir plus loin) mais
aussi, d’autre part, du degré élevé d’organisation
du cytoplasme, dont on connaît la richesse en organites variés. Certains auteurs suggèrent que toutes
les activités dynamiques de ce dernier liées, en
particuler, à la présence du cytosquelette (voir
chapitre 11) sont incompatibles avec le bon fonctionnement des longues molécules fragiles que
sont les chromosomes actifs en transcription.
Les expériences décrites jusqu’ici ne rendent
pas compte du fait que les différents ARN interviennent de manières très diverses dans la synthèse protéique ; seules les approches conjointes
de la biochimie et de la biologie moléculaire, développées à partir des années 60, ont été en mesure
d’identifier les mécanismes en jeu (voir chapitre 4).
Ces approches ont contribué en outre à montrer, à
partir des années 70, que les processus génétiques
fondamentaux évoqués à propos de la cellule eucaryotique dans son entier, sont aussi applicables à
des compartiments de ces mêmes cellules. Il s’agit
des mitochondries et des plastes qui, pour cette
raison, seront qualifiés d’organites semi-autonomes, même s’ils sont très largement dépendants
de l’expression du noyau pour leur survie propre
dans la cellule.
8. E XPRESSION DES G È NES NUCLÉAIRES CHEZ LES EUCARYOTES.A SPECTS CELLULAIRES ET MOLÉCULAIRES 213
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
au développement de la cytochimie. Les cellules
du pancréas exocrine des Vertébrés, par exemple,
spécialisées dans une sécrétion abondante
d’enzymes hydrolytiques (déversées dans le tube
digestif), sont très riches en ARN, comme le montrent les analyses biochimiques. En revanche, on
trouve peu d’ARN dans les cellules musculaires
striées qui, une fois différenciées, contiennent des
protéines en abondance (les plus connues étant
l’actine et la myosine), mais en fabriquent très peu.
Cette corrélation est renforcée par des expériences
de physiologie cellulaire utilisant les radio-isotopes et permettant de mesurer des taux instantanés de synthèse d’ARN.
Un grand nombre d’observations atteste qu’en
l’absence de tout ADN, les ARN suffisent pour
assurer la synthèse des protéines dans la cellule.
La plus simple est fournie par les expériences
d’incorporation in vivo d’acides aminés radioactifs
dans les protéines, qui montrent, après autoradiographie, que ce processus a lieu exclusivement
dans le cytoplasme (ce qui n’exclut d’ailleurs pas
un transport secondaire vers le noyau). Les expériences d’énucléation ont aussi démontré que les
synthèses protéiques peuvent se poursuivre pendant un temps plus ou moins long après la perte
du noyau : de quelques jours chez l’amibe, à
quelques semaines chez l’acétabulaire ! Dans ce
dernier cas, on a de plus observé une corrélation
étroite entre la disparition des ARN cytoplasmiques et la diminution progressive de l’activité
de synthèse des protéines. On rappelle enfin que
des systèmes artificiels de synthèse protéique in
vitro, constitués de fractions cellulaires hautement
purifiées contenant des ARN, mais pas d’ADN,
ont été mis au point dans les années 50.
La mérotomie, qui n’est réalisable que sur des
organismes unicellulaires favorables, a été remplacée par l’utilisation de drogues bloquant spécifiquement l’activité de transcription du noyau : on
réalise ainsi une véritable énucléation chimique
de la cellule qui a, en outre, l’avantage d’être parfois réversible. Certains antibiotiques, extraits de
Bactéries ou de Champignons, sont des poisons du
noyau et, en se combinant à l’ADN chromosomique, ils bloquent complètement son activité de
transcription. Lorsque des cellules sont incubées
en présence d’une substance telle que l’actinomycine D , par exemple, on observe les mêmes effets
globaux que ceux décrits plus haut pour les énucléations chirurgicales. L’intérêt évident de cette
technique est qu’elle peut s’appliquer à de grands
nombres de cellules (cultures de cellules, tranches
d’organes), et qu’elle autorise ainsi une analyse
biochimique approfondie, inconcevable jusque-là.
On constate alors que toutes les activités cellulaires
ou les synthèses protéiques ne «s’éteignent » pas à
la même vitesse. Les différences de délai mesurées
tiennent à la durée de survie intrinsèque des protéines elles-mêmes (suivant aussi qu’elles sont
solubles, ou bien incluses dans des structures ou
des organites, ce qui les stabilise), ainsi qu’à la
quantité absolue et/ou à la stabilité des molécules
messagères stockées dans le cytoplasme avant
l’arrêt de l’activité nucléaire.
2.3.3. C ONCLUSIONS GÉNÉRALES
SUR LE RÔLE DU NOYAU
Cet organite contrôle toutes les activités cellulaires en fabriquant une catégorie de molécules
intermédiaires entre l’ADN et les protéines :
l’ARN, dont l’action s’exerce dans le cytoplasme à
travers la synthèse des protéines. La compartimentation stricte de l’information génétique chez les
Eucaryotes doit être rapprochée, d’une part, de la
complexité des processus biochimiques qui se
déroulent au sein du noyau (voir plus loin) mais
aussi, d’autre part, du degré élevé d’organisation
du cytoplasme, dont on connaît la richesse en organites variés. Certains auteurs suggèrent que toutes
les activités dynamiques de ce dernier liées, en
particuler, à la présence du cytosquelette (voir
chapitre 11) sont incompatibles avec le bon fonctionnement des longues molécules fragiles que
sont les chromosomes actifs en transcription.
Les expériences décrites jusqu’ici ne rendent
pas compte du fait que les différents ARN interviennent de manières très diverses dans la synthèse protéique ; seules les approches conjointes
de la biochimie et de la biologie moléculaire, développées à partir des années 60, ont été en mesure
d’identifier les mécanismes en jeu (voir chapitre 4).
Ces approches ont contribué en outre à montrer, à
partir des années 70, que les processus génétiques
fondamentaux évoqués à propos de la cellule eucaryotique dans son entier, sont aussi applicables à
des compartiments de ces mêmes cellules. Il s’agit
des mitochondries et des plastes qui, pour cette
raison, seront qualifiés d’organites semi-autonomes, même s’ils sont très largement dépendants
de l’expression du noyau pour leur survie propre
dans la cellule.
8. E XPRESSION DES G È NES NUCLÉAIRES CHEZ LES EUCARYOTES.A SPECTS CELLULAIRES ET MOLÉCULAIRES 213
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.