8. E XPRESSION DES G È NES NUCLÉAIRES CHEZ LES EUCARYOTES.A SPECTS CELLULAIRES ET MOLÉCULAIRES 235
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
plantes entières, est couramment démontrée ; cette
observation sera discutée dans le chapitre 13.
7.1.3. R ÔLE DU CYTOPLASME DANS LE CONTRÔLE
DES ACTIVITÉS NUCLÉAIRES
Des expériences déjà anciennes de transplantation nucléaire chez les Amphibiens ont montré que
le cytoplasme a un rôle important à jouer dans le
maintien des activités propres au noyau et qu’il
exerce ainsi un contrôle en retour pouvant rendre
compte de la stabilité d’un état différencié donné.
Les noyaux de cerveau de grenouille adulte ont
une chromatine très condensée, fabriquent peu
d’ARN et ne répliquent pas leur ADN. Lorsqu’ils
sont purifiés et injectés dans divers types de cellules de type ovocyte ou œuf, on obtient les résultats suivants. Si la cellule receveuse est un :
– gros ovocyte en croissance, qui ne synthétise pas
d’ADN mais fabrique en abondance des ARNr,
les noyaux injectés grossissent, leur chromatine
se décondense, des nucléoles apparaissent et une
abondante synthèse d’ARN est détectable par
autoradiographie, après quelques heures ;
– gros ovocyte en train de subir la méiose, ne fabriquant ni ARN ni ADN, mais montrant des chromosomes condensés, les noyaux injectés donnent
naissance à des chromosomes qui se placent sur
des fuseaux de division typiques ; il n’y a ni synthèse d’ADN ni d’ARN ;
– œuf pondu non fécondé, qui s’apprête à répliquer son ADN, les noyaux injectés grossissent et
synthétisent de l’ADN mais pas d’ARN ; les
nucléoles n’apparaissent pas.
Ces expériences démontrent que divers facteurs, sans doute protéiques, sont présents dans le
cytoplasme, et qu’ils doivent pouvoir entrer dans
les noyaux pour moduler de façon rapide leur activité. La structure et le mode d’action de ces facteurs
sont maintenant connus, comme on le verra plus
loin.
7.1.4. M ODULATION DE L ’ EXPRESSION DES GÈNES :
L ’ EXEMPLE TYPE D ’ UNE HORMONE STÉROÏDE
Il ne s’agit pas ici d’étudier de façon exhaustive
le mode d’action des hormones stéroïdes, mais de
montrer avec cet exemple quel a été l’apport spécifique de la biologie cellulaire à la résolution de
cette question. Le spectre d’activité des bandes des
chromosomes polyténiques est susceptible d’une
régulation à court terme, partiellement réversible,
qui est contrôlée par des facteurs physiques ou
chimiques. Chez la drosophile, des modifications
spécifiques du profil chromosomique peuvent être
induites, in vivo ou in vitro, par une hormone stéroïde : l’ecdysone (l’hormone de mue des Insectes).
Son taux varie périodiquement au cours du développement larvaire et induit la transcription de
gènes spécifiques, dont les produits sont nécessaires au déroulement de chaque stade. Lors de la
pupaison, en particulier, on observe un très bel
exemple d’activation séquentielle de puffs.
Les transplantations nucléaires
chez les Amphibiens
Le principe de ces expériences célèbres, menées
par B RIGGS et K ING (1957), puis G URDON (1962),
consiste à substituer au noyau totipotent de
l’œuf, des noyaux issus de cellules plus ou
moins différenciées, et de tester ainsi les capacités informatives de ces derniers en suivant le
devenir de ces cellules-chimères. Des noyaux
purifiés sont injectés, à l’aide d’une micropipette de verre, à des œufs non fécondés qui ont
été auparavant énucléés par irradiation aux
rayons UV. Lorsque ces noyaux sont issus de
blastulas ou de gastrulas jeunes, on obtient des
individus adultes et normalement constitués ; la
totipotence est ici démontrée sans aucune ambiguïté. Ces expériences constituent en fait les
premières opérations de clonage chez des
Vertébrés (les noyaux provenant d’un même
individu au départ).
Lorsqu’on utilise des noyaux issus de cellules
somatiques d’individus adultes, on constate
qu’ils peuvent conduire à l’obtention de larves
plus ou moins avancées, et avec des fréquences
d’autant plus faibles que les cellules de départ
sont plus âgées et très différenciées. Si l’on part,
par exemple, de cellules de type intestinal ou de
kératinocytes en culture, on obtient des têtards
bien conformés, capables de nager et avec des
tissus normaux, mais jamais d’adultes. Malgré
cette réserve, et le fait que ces expériences n’ont
pu être conduites que sur un petit nombre
d’espèces favorables, la réponse semble néanmoins claire en ce qui concerne la conservation
de l’intégralité du génome au cours de la différenciation cellulaire.
E NCARTH ISTORIQUE
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
plantes entières, est couramment démontrée ; cette
observation sera discutée dans le chapitre 13.
7.1.3. R ÔLE DU CYTOPLASME DANS LE CONTRÔLE
DES ACTIVITÉS NUCLÉAIRES
Des expériences déjà anciennes de transplantation nucléaire chez les Amphibiens ont montré que
le cytoplasme a un rôle important à jouer dans le
maintien des activités propres au noyau et qu’il
exerce ainsi un contrôle en retour pouvant rendre
compte de la stabilité d’un état différencié donné.
Les noyaux de cerveau de grenouille adulte ont
une chromatine très condensée, fabriquent peu
d’ARN et ne répliquent pas leur ADN. Lorsqu’ils
sont purifiés et injectés dans divers types de cellules de type ovocyte ou œuf, on obtient les résultats suivants. Si la cellule receveuse est un :
– gros ovocyte en croissance, qui ne synthétise pas
d’ADN mais fabrique en abondance des ARNr,
les noyaux injectés grossissent, leur chromatine
se décondense, des nucléoles apparaissent et une
abondante synthèse d’ARN est détectable par
autoradiographie, après quelques heures ;
– gros ovocyte en train de subir la méiose, ne fabriquant ni ARN ni ADN, mais montrant des chromosomes condensés, les noyaux injectés donnent
naissance à des chromosomes qui se placent sur
des fuseaux de division typiques ; il n’y a ni synthèse d’ADN ni d’ARN ;
– œuf pondu non fécondé, qui s’apprête à répliquer son ADN, les noyaux injectés grossissent et
synthétisent de l’ADN mais pas d’ARN ; les
nucléoles n’apparaissent pas.
Ces expériences démontrent que divers facteurs, sans doute protéiques, sont présents dans le
cytoplasme, et qu’ils doivent pouvoir entrer dans
les noyaux pour moduler de façon rapide leur activité. La structure et le mode d’action de ces facteurs
sont maintenant connus, comme on le verra plus
loin.
7.1.4. M ODULATION DE L ’ EXPRESSION DES GÈNES :
L ’ EXEMPLE TYPE D ’ UNE HORMONE STÉROÏDE
Il ne s’agit pas ici d’étudier de façon exhaustive
le mode d’action des hormones stéroïdes, mais de
montrer avec cet exemple quel a été l’apport spécifique de la biologie cellulaire à la résolution de
cette question. Le spectre d’activité des bandes des
chromosomes polyténiques est susceptible d’une
régulation à court terme, partiellement réversible,
qui est contrôlée par des facteurs physiques ou
chimiques. Chez la drosophile, des modifications
spécifiques du profil chromosomique peuvent être
induites, in vivo ou in vitro, par une hormone stéroïde : l’ecdysone (l’hormone de mue des Insectes).
Son taux varie périodiquement au cours du développement larvaire et induit la transcription de
gènes spécifiques, dont les produits sont nécessaires au déroulement de chaque stade. Lors de la
pupaison, en particulier, on observe un très bel
exemple d’activation séquentielle de puffs.
Les transplantations nucléaires
chez les Amphibiens
Le principe de ces expériences célèbres, menées
par B RIGGS et K ING (1957), puis G URDON (1962),
consiste à substituer au noyau totipotent de
l’œuf, des noyaux issus de cellules plus ou
moins différenciées, et de tester ainsi les capacités informatives de ces derniers en suivant le
devenir de ces cellules-chimères. Des noyaux
purifiés sont injectés, à l’aide d’une micropipette de verre, à des œufs non fécondés qui ont
été auparavant énucléés par irradiation aux
rayons UV. Lorsque ces noyaux sont issus de
blastulas ou de gastrulas jeunes, on obtient des
individus adultes et normalement constitués ; la
totipotence est ici démontrée sans aucune ambiguïté. Ces expériences constituent en fait les
premières opérations de clonage chez des
Vertébrés (les noyaux provenant d’un même
individu au départ).
Lorsqu’on utilise des noyaux issus de cellules
somatiques d’individus adultes, on constate
qu’ils peuvent conduire à l’obtention de larves
plus ou moins avancées, et avec des fréquences
d’autant plus faibles que les cellules de départ
sont plus âgées et très différenciées. Si l’on part,
par exemple, de cellules de type intestinal ou de
kératinocytes en culture, on obtient des têtards
bien conformés, capables de nager et avec des
tissus normaux, mais jamais d’adultes. Malgré
cette réserve, et le fait que ces expériences n’ont
pu être conduites que sur un petit nombre
d’espèces favorables, la réponse semble néanmoins claire en ce qui concerne la conservation
de l’intégralité du génome au cours de la différenciation cellulaire.
E NCARTH ISTORIQUE