234 B IOLOGIE CELLULAIRE
la pluricellularité, et qui est la règle pour la plupart d’entre eux. À côté d’un contrôle à court terme
et réversible de l’activité de certains gènes, semblable à celui déjà décrit chez les Bactéries, il existe
chez les Eucaryotes pluricellulaires des mécanismes d’activation et de répression géniques
stables, qui doivent permettre de comprendre
l’origine des différents types cellulaires spécialisés
au cours du développement embryonnaire.
7.1. Expression différentielle du génome
dans les cellules des organismes
complexes
7.1.1. N OTIONS DE DÉTERMINATION
ET DE DIFFÉRENCIATION ÀL ’ ÉCHELLE
MOLÉCULAIRE ET CELLULAIRE
Les caractéristiques morphologiques, biochimiques et fonctionnelles des cellules différenciées
dépendent entièrement des protéines qui les constituent. Le génome humain, par exemple, code
potentiellement environ 5.10
4
chaînes polypeptidiques, mais on admet que de nombreuses cellules
spécialisées n’en fabriquent, à un moment donné,
que 5 à 10 000 différentes. Parmi celles-ci, il faut
distinguer : 1) les protéines rencontrées dans tous
les types cellulaires, en général des enzymes du
métabolisme énergétique ou intermédiaire de
base : glycolyse, cycle de Krebs, synthèse des acides
aminés… ( enzymes de ménage, ou domestiques),
ou bien des protéines entrant dans la constitution
de structures universelles (ribosomes, cytosquelette, membranes…), et 2) les protéines spécialisées, souvent en nombre limité et parfois très
abondantes, caractéristiques d’une différenciation
donnée (protéines dites tissu-spécifiques : l’hémoglobine des hématies, par exemple). Les divers
aspects de ce phénotype, appelé différenciation
terminale, seront analysés dans le chapitre 13.
L’apparition des différentes catégories de cellules au cours du développement embryonnaire,
alors que seules des mitoses assurent leur prolifération, implique un premier type d’événement,
appelé détermination ; il s’agit d’un engagement
progressif du matériel génétique de certaines
lignées cellulaires dans le sens d’une spécialisation
physiologique donnée, sans que celle-ci se manifeste encore. L’activation de gènes spécifiques et la
répression d’un grand nombre d’autres, selon des
modalités propres à chacun des types de cellules,
conduit à une expression différentielle du génome.
Nous décrirons brièvement plus loin quelques
mécanismes de contrôle de l’expression des gènes
chez les Eucaryotes ; de façon générale, il s’agit
d’un processus d’une grande complexité, et qui
commence à peine à être compris.
7.1.2. C ONSTANCE DU CONTENU GÉNÉTIQUE
DE TOUS LES NOYAUX
Les différences existant entre les diverses cellules d’un organisme supérieur sont parfois tellement importantes qu’il était admis, jusqu’à la fin
du siècle dernier, que la spécialisation cellulaire
était liée à la perte de tous les «déterminants génétiques» non nécessaires à la réalisation des fonctions physiologiques particulières assurées par les
cellules. Depuis les années 50, de nombreuses
expériences ont montré que cette idée d’une modification irréversible de la nature et de la quantité
du matériel génétique était erronée (aux exceptions près que nous verrons plus loin).
• Des mesures biochimiques de plus en plus
fines ont permis d’établir que la quantité d’ADN
est constante dans tous les noyaux des cellules
somatiques de l’organisme, quel que soit leur degré
de différenciation (à l’exclusion des cas de polyploïdie, très fréquents chez les Végétaux). Ces
données sont confirmées par la cytologie et l’analyse fine des chromosomes, dont les profils de
bandes sont identiques dans toutes les cellules.
•Des expériences de transplantations nucléaires
chez les Amphibiens (voir encart suivant) ou de
régénération de plantes entières à partir de cellules
déjà spécialisées (voir chapitre 13) démontrent
l’équivalence génétique et la totipotentialité des
noyaux de cellules différenciées.
• Les données de la biologie moléculaire, avec
les résultats concernant le clonage et le séquençage
des gènes, ainsi que l’utilisation de sondes nucléiques appliquées à divers types cellulaires, établissent de façon définitive l’identité des séquences
des molécules d’ADN contenues dans leurs
noyaux.
Il faut souligner que ces travaux mettent uniquement en évidence la totipotentialité des noyaux
des cellules animales, à la différence de ce qui est
obtenu chez les Végétaux, où la totipotentialité des
cellules elles-mêmes, à travers la régénération de
la pluricellularité, et qui est la règle pour la plupart d’entre eux. À côté d’un contrôle à court terme
et réversible de l’activité de certains gènes, semblable à celui déjà décrit chez les Bactéries, il existe
chez les Eucaryotes pluricellulaires des mécanismes d’activation et de répression géniques
stables, qui doivent permettre de comprendre
l’origine des différents types cellulaires spécialisés
au cours du développement embryonnaire.
7.1. Expression différentielle du génome
dans les cellules des organismes
complexes
7.1.1. N OTIONS DE DÉTERMINATION
ET DE DIFFÉRENCIATION ÀL ’ ÉCHELLE
MOLÉCULAIRE ET CELLULAIRE
Les caractéristiques morphologiques, biochimiques et fonctionnelles des cellules différenciées
dépendent entièrement des protéines qui les constituent. Le génome humain, par exemple, code
potentiellement environ 5.10
4
chaînes polypeptidiques, mais on admet que de nombreuses cellules
spécialisées n’en fabriquent, à un moment donné,
que 5 à 10 000 différentes. Parmi celles-ci, il faut
distinguer : 1) les protéines rencontrées dans tous
les types cellulaires, en général des enzymes du
métabolisme énergétique ou intermédiaire de
base : glycolyse, cycle de Krebs, synthèse des acides
aminés… ( enzymes de ménage, ou domestiques),
ou bien des protéines entrant dans la constitution
de structures universelles (ribosomes, cytosquelette, membranes…), et 2) les protéines spécialisées, souvent en nombre limité et parfois très
abondantes, caractéristiques d’une différenciation
donnée (protéines dites tissu-spécifiques : l’hémoglobine des hématies, par exemple). Les divers
aspects de ce phénotype, appelé différenciation
terminale, seront analysés dans le chapitre 13.
L’apparition des différentes catégories de cellules au cours du développement embryonnaire,
alors que seules des mitoses assurent leur prolifération, implique un premier type d’événement,
appelé détermination ; il s’agit d’un engagement
progressif du matériel génétique de certaines
lignées cellulaires dans le sens d’une spécialisation
physiologique donnée, sans que celle-ci se manifeste encore. L’activation de gènes spécifiques et la
répression d’un grand nombre d’autres, selon des
modalités propres à chacun des types de cellules,
conduit à une expression différentielle du génome.
Nous décrirons brièvement plus loin quelques
mécanismes de contrôle de l’expression des gènes
chez les Eucaryotes ; de façon générale, il s’agit
d’un processus d’une grande complexité, et qui
commence à peine à être compris.
7.1.2. C ONSTANCE DU CONTENU GÉNÉTIQUE
DE TOUS LES NOYAUX
Les différences existant entre les diverses cellules d’un organisme supérieur sont parfois tellement importantes qu’il était admis, jusqu’à la fin
du siècle dernier, que la spécialisation cellulaire
était liée à la perte de tous les «déterminants génétiques» non nécessaires à la réalisation des fonctions physiologiques particulières assurées par les
cellules. Depuis les années 50, de nombreuses
expériences ont montré que cette idée d’une modification irréversible de la nature et de la quantité
du matériel génétique était erronée (aux exceptions près que nous verrons plus loin).
• Des mesures biochimiques de plus en plus
fines ont permis d’établir que la quantité d’ADN
est constante dans tous les noyaux des cellules
somatiques de l’organisme, quel que soit leur degré
de différenciation (à l’exclusion des cas de polyploïdie, très fréquents chez les Végétaux). Ces
données sont confirmées par la cytologie et l’analyse fine des chromosomes, dont les profils de
bandes sont identiques dans toutes les cellules.
•Des expériences de transplantations nucléaires
chez les Amphibiens (voir encart suivant) ou de
régénération de plantes entières à partir de cellules
déjà spécialisées (voir chapitre 13) démontrent
l’équivalence génétique et la totipotentialité des
noyaux de cellules différenciées.
• Les données de la biologie moléculaire, avec
les résultats concernant le clonage et le séquençage
des gènes, ainsi que l’utilisation de sondes nucléiques appliquées à divers types cellulaires, établissent de façon définitive l’identité des séquences
des molécules d’ADN contenues dans leurs
noyaux.
Il faut souligner que ces travaux mettent uniquement en évidence la totipotentialité des noyaux
des cellules animales, à la différence de ce qui est
obtenu chez les Végétaux, où la totipotentialité des
cellules elles-mêmes, à travers la régénération de