420 B IOLOGIE CELLULAIRE
lettiques ou systèmes membranaires internes.
L’analyse moléculaire suggère que chaque type
cellulaire possède au plus quelques centaines de
protéines lui confèrant son identité propre.
Un exemple de différenciation subtile est fournie par l’existence des variations dites isoenzymatiques au sein des tissus. La combinaison des
approches électrophorétique et enzymatique permet de mettre en évidence, pour une activité enzymatique donnée, une grande diversité de formes
moléculaires spécifiques des tissus, chez l’individu
adulte, et spécifiques d’un stade de développement, pour un tissu donné. L’étude classique, déjà
ancienne, de la lactico-déshydrogénase chez la
souris, est présentée dans l’encart suivant.
Des résultats semblables ont été obtenus pour
de nombreuses protéines, enzymatiques ou pas;
c’est le cas bien connu des diverses catégories
d’hémoglobines chez l’Homme ou des cristallines
(protéines du cristallin) chez un Amphibien. Ces
exemples démontrent que la différenciation biochimique n’est pas seulement une question d’activation ou d’extinction de panoplies de gènes
donnés, mais qu’elle est aussi l’effet de régulations
quantitatives fines de leur expression.
1.2.3. D IFFÉRENCIATION MOLÉCULAIRE
La diversité qualitative et quantitative des collections de protéines dans les cellules différenciées
trouve en grande partie son origine dans celle des
ARNm produits dans leur noyau. Sauf cas exceptionnels, la séparation des ARNm par électrophorèse ne permet pas de visualiser cette diversité, en
raison de leur faible abondance individuelle et de
leur nombre très élevé (voir figure 8.16). Les cas
particuliers concernent quelques types cellulaires
spécialisés fabriquant une protéine majoritaire ; on
rappelle les exemples classiques des cellules précurseurs des globules rouges, qui synthétisent
l’hémoglobine, ou les cellules de l’oviducte de
poule, qui synthétisent l’ovalbumine. Dans ces
types de cellules, une seule catégorie d’ARNm
représente près de 50 % des ARNm totaux, et il
devient alors possible de la purifier aisément sur
un gradient de saccharose.
La méthode générale mise au point pour mesurer la quantité d’un ARN spécifique implique que
l’on ait isolé l’ADN du gène correspondant, dont
on peut étudier ainsi l’expression. Les techniques
de la biologie moléculaire permettent de préparer
des ADN à partir des diverses séquences d’ARNm
produits par les cellules, puis de les cloner dans
des plasmides (voir chapitre 15). Ces ADN clonés
individuels, dont la signification génétique n’est
pas nécessairement connue au départ, servent de
sonde (voir chapitre 3) et sont testés par hybridation vis-à-vis d’ARNm totaux obtenus à partir de
différents types cellulaires, selon le protocole suivant. Si l’on marque in vivo tout l’ARN cellulaire,
dans un tissu particulier que l’on a incubé en présence d’uridine radioactive, par exemple, et si l’on
réalise l’hybridation de cet ARN total avec un
excès de l’ADN utilisé comme sonde (préalablement dénaturé), on obtient des molécules hybrides
dont la quantité reflète directement celle de l’ARN
étudié. La séparation de ces hybrides de toutes les
Variabilité tissulaire de la lactico-déshydrogénase chez la souris
C OMMENTAIRE
Cette enzyme oligomérique est constituée de
quatre sous-unités individuellement inactives du
point de vue enzymatique, organisées en un
complexe actif d’une masse moléculaire de
140 kDa. Les sous-unités sont les produits de
deux gènes distincts légèrement différents (A et
B), qui existent dans le génome de la souris. Les
deux types de chaînes polypeptidiques obtenues
peuvent s’associer aléatoirement au sein du hyaloplasme pour former le tétramère, en fonction
de leurs quantités relatives. Si un seul gène est
actif (A ou B), on obtiendra un type unique de
tétramère ; comme on sait distinguer les deux
sortes de tétramères (4xA ou 4xB) par électrophorèse (dans des conditions non dénaturantes), on
peut savoir quel gène s’exprime dans un tissu
donné. Si les deux gènes sont activés au sein de
la même cellule, on obtient des combinaisons des
sous-unités A et B dont l’abondance relative traduit l’abondance des deux sortes de chaînes,
c’est-à-dire, en fait, l’activité des deux gènes ; il
existe cinq combinaisons : A 4 , B 4 , A 3 B, A 2 B 2 , AB 3
que l’on repère très bien sur les gels. La
figure 14.2 montre l’extrême diversité des profils
obtenus dans différents tissus adultes de souris et
elle montre aussi que ces profils se modifient
considérablement au cours du développement
embryonnaire.
lettiques ou systèmes membranaires internes.
L’analyse moléculaire suggère que chaque type
cellulaire possède au plus quelques centaines de
protéines lui confèrant son identité propre.
Un exemple de différenciation subtile est fournie par l’existence des variations dites isoenzymatiques au sein des tissus. La combinaison des
approches électrophorétique et enzymatique permet de mettre en évidence, pour une activité enzymatique donnée, une grande diversité de formes
moléculaires spécifiques des tissus, chez l’individu
adulte, et spécifiques d’un stade de développement, pour un tissu donné. L’étude classique, déjà
ancienne, de la lactico-déshydrogénase chez la
souris, est présentée dans l’encart suivant.
Des résultats semblables ont été obtenus pour
de nombreuses protéines, enzymatiques ou pas;
c’est le cas bien connu des diverses catégories
d’hémoglobines chez l’Homme ou des cristallines
(protéines du cristallin) chez un Amphibien. Ces
exemples démontrent que la différenciation biochimique n’est pas seulement une question d’activation ou d’extinction de panoplies de gènes
donnés, mais qu’elle est aussi l’effet de régulations
quantitatives fines de leur expression.
1.2.3. D IFFÉRENCIATION MOLÉCULAIRE
La diversité qualitative et quantitative des collections de protéines dans les cellules différenciées
trouve en grande partie son origine dans celle des
ARNm produits dans leur noyau. Sauf cas exceptionnels, la séparation des ARNm par électrophorèse ne permet pas de visualiser cette diversité, en
raison de leur faible abondance individuelle et de
leur nombre très élevé (voir figure 8.16). Les cas
particuliers concernent quelques types cellulaires
spécialisés fabriquant une protéine majoritaire ; on
rappelle les exemples classiques des cellules précurseurs des globules rouges, qui synthétisent
l’hémoglobine, ou les cellules de l’oviducte de
poule, qui synthétisent l’ovalbumine. Dans ces
types de cellules, une seule catégorie d’ARNm
représente près de 50 % des ARNm totaux, et il
devient alors possible de la purifier aisément sur
un gradient de saccharose.
La méthode générale mise au point pour mesurer la quantité d’un ARN spécifique implique que
l’on ait isolé l’ADN du gène correspondant, dont
on peut étudier ainsi l’expression. Les techniques
de la biologie moléculaire permettent de préparer
des ADN à partir des diverses séquences d’ARNm
produits par les cellules, puis de les cloner dans
des plasmides (voir chapitre 15). Ces ADN clonés
individuels, dont la signification génétique n’est
pas nécessairement connue au départ, servent de
sonde (voir chapitre 3) et sont testés par hybridation vis-à-vis d’ARNm totaux obtenus à partir de
différents types cellulaires, selon le protocole suivant. Si l’on marque in vivo tout l’ARN cellulaire,
dans un tissu particulier que l’on a incubé en présence d’uridine radioactive, par exemple, et si l’on
réalise l’hybridation de cet ARN total avec un
excès de l’ADN utilisé comme sonde (préalablement dénaturé), on obtient des molécules hybrides
dont la quantité reflète directement celle de l’ARN
étudié. La séparation de ces hybrides de toutes les
Variabilité tissulaire de la lactico-déshydrogénase chez la souris
C OMMENTAIRE
Cette enzyme oligomérique est constituée de
quatre sous-unités individuellement inactives du
point de vue enzymatique, organisées en un
complexe actif d’une masse moléculaire de
140 kDa. Les sous-unités sont les produits de
deux gènes distincts légèrement différents (A et
B), qui existent dans le génome de la souris. Les
deux types de chaînes polypeptidiques obtenues
peuvent s’associer aléatoirement au sein du hyaloplasme pour former le tétramère, en fonction
de leurs quantités relatives. Si un seul gène est
actif (A ou B), on obtiendra un type unique de
tétramère ; comme on sait distinguer les deux
sortes de tétramères (4xA ou 4xB) par électrophorèse (dans des conditions non dénaturantes), on
peut savoir quel gène s’exprime dans un tissu
donné. Si les deux gènes sont activés au sein de
la même cellule, on obtient des combinaisons des
sous-unités A et B dont l’abondance relative traduit l’abondance des deux sortes de chaînes,
c’est-à-dire, en fait, l’activité des deux gènes ; il
existe cinq combinaisons : A 4 , B 4 , A 3 B, A 2 B 2 , AB 3
que l’on repère très bien sur les gels. La
figure 14.2 montre l’extrême diversité des profils
obtenus dans différents tissus adultes de souris et
elle montre aussi que ces profils se modifient
considérablement au cours du développement
embryonnaire.