affirmant
orphobryon et
s biochiypothèse
e appelée
sition de
question
éines prodans une
ncentré à
e 18.22).
protéine
eure vers
oncentran la plus
ltats sont
ne Bicoïd
de la dros précise,
s diverses
icoïd (par
u, la prode
volutionmené à
e au bon
lans d’orent diffénce à des
ppement.
e le rôle
maternel essentiel dans les étapes initiales du développement
de l’embryon. Troisièmement, on a démontré qu’un gradient
de morphogènes peut déterminer la polarité de l’ovocyte et
la position des extrémités chez un grand nombre d’espèces,
comme les premiers embryologistes l’avaient pensé.
250 Rm
(150 w)
Queue
Queue
8
ent
sauvage
inaux (A)
pe mutant
l’extrémité
. Figure 18.22
Bicoïd est-il un morphogène
qui détermine l’extrémité antérieure
de la drosophile ?
EXPÉRIENCE En suivant une approche génétique pour étudier Drosophila melanogaster, Christiane Nüsslein-Volhard et ses collègues du Laboratoire européen de biologie moléculaire à Heidelberg, en Allemagne, ont
analysé l’expression du gène bicoïd. Les chercheurs ont émis l’hypothèse
selon laquelle le gène bicoïd code normalement pour un morphogène qui
spécifie l’extrémité antérieure (tête) de l’embryon. Pour confirmer cette
hypothèse, ils ont utilisé des techniques d’analyse moléculaire pour localiser l’ARNm et la protéine codée par ce gène dans l’œuf fécondé et le
jeune embryon des drosophiles de phénotype sauvage.
RÉSULTATS L’ARNm bicoïd (en bleu foncé) est confiné à l’extrémité
antérieure de l’ovocyte de deuxième ordre. Plus tard dans le développement, les cellules à l’extrémité antérieure de l’embryon contiennent une
concentration élevée de la protéine Bicoïd (en orangé foncé).
ARNm bicoïd dans l’ovocyte
mature non fécondé
Protéine Bicoïd
dans le jeune embryon
Extrémité antérieure
Fécondation,
traduction de
l’ARNm bicoïd
100 µm
ARNm bicoïd dans l’ovocyte
mature non fécondé
Protéine Bicoïd
dans le jeune embryon
CONCLUSION La localisation de l’ARNm bicoïd et le gradient diffus de
la protéine Bicoïd observés plus tard confirment l’hypothèse selon laquelle
la protéine Bicoïd est un morphogène qui code pour la formation des
structures spécifiques à la tête.
SOURCES C. Nüsslein-Volhard et al., Determination of anteroposterior
polarity in Drosophila, Science 238 :1675-1681 (1987) ; W. Driever et
C. Nüsslein-Volhard, A gradient of bicoid protein in Drosophila embryos,
Cell 54 : 83-93 (1988) ; T. Berleth et al., The role of localization of bicoid
RNA in organizing the anterior pattern of the Drosophila embryo, EMBO
Journal 7 :1749-1756 (1988).
ET SI ?
Supposez que l’hypothèse formulée ci-dessus est valable.
Qu’arriverait-il si vous injectiez de l’ARNm bicoïd dans l’extrémité antérieure d’un ovocyte de deuxième ordre provenant d’une femelle ayant
subi une mutation rendant inefficace le gène bicoïd ?
INVESTIGATION
chapitre 11 La communication cellulaire 241
du signal. D’autres récepteurs intracellulaires jouent leur rôle
en activant des enzymes, mais la majorité fonctionne de la
même manière que le récepteur de la testostérone, à la différence que beaucoup d’entre eux logent déjà dans le noyau
(comme les récepteurs des hormones thyroïdiennes). Il est
intéressant de noter la similarité de structure de plusieurs
récepteurs intracellulaires. Cette similitude évoque une origine commune au regard de l’évolution. Au chapitre 45, nous
examinerons en détail les hormones qui se fixent aux récepteurs intracellulaires.
Les récepteurs couplés à un canal ionique
Un canal ionique à ouverture régulée par un ligand
est un type de récepteur membranaire qui possède un canal
protéique servant « d’écluse » quand le récepteur change de
forme. Lorsqu’un ligand se lie à ce type de récepteur, le canal
protéique s’ouvre ou se ferme de manière sélective pour faire
pénétrer ou non des ions tels que Na 1 , K 1 ou Ca
21
. Comme
les autres récepteurs que nous venons d’étudier, les récepteurs
couplés à un canal ionique fixent leur ligand sur un site
par ticulier de leur domaine extracellulaire.
Les canaux ioniques à ouverture régulée jouent un rôle crucial
dans le système nerveux. Par exemple, les neurotransmetteurs
agissant comme ligands et libérés à la synapse reliant deux neurones (voir la figure 11.5b) se lient aux canaux ioniques de la
cellule réceptrice, ce qui fait ouvrir ces canaux. Les ions entrent
alors (ou parfois sortent) et déclenchent un signal électrique qui
se propage sur toute la longueur de la cellule réceptrice. L’ouverture de certains canaux ioniques est régulée par un potentiel
électrique plutôt que par un ligand ; ces canaux ioniques dits
tensiodépendants jouent également un rôle crucial dans le fonctionnement du système nerveux, comme nous le verrons au
chapitre 48.
Réponse
cellulaire
1 Ici, on voit un
récepteur couplé
à un canal ionique
qui demeure fermé
jusqu’à ce qu’un
ligand se lie à lui.
2 Quand le ligand
se fixe au récepteur,
le canal s’ouvre
à un ion particulier.
Ce passage provoque
une modification
immédiate de
la concentration de
cet ion dans la cellule.
Ce changement peut
influer directement
sur certaines fonctions
cellulaires.
3 Quand le ligand se
dissocie du récepteur,
le canal protéique
se referme et bloque
le passage aux ions.
Molécule
de signalisation
(ligand)
Récepteur couplé à un canal
ionique à ouverture régulée
par un ligand
Canal
protéique
ouvert
Ions
Membrane
plasmique
Canal
protéique
fermé
Canal protéique fermé
faites des liens Examinez la protéine à canal ionique que montre
la figure 7.1 (p. 139) et lisez le passage qui en traite à la page 150.
Quel type de signal ouvre ce canal ionique ? Selon l’information fournie
ci-dessus, de quel type de canal ionique s’agit-il ?
. figure 11.8
impact
Détermination de la structure d’un récepteur
couplé à une protéine G (rcpG)
L
es RCPG sont flexibles et instables, de sorte qu’on a eu du mal à les
cristalliser, une étape essentielle pour déterminer leur structure par
radiocristallographie. C’est pourtant ce que viennent de réussir les chercheurs pour le récepteur b2-adrénergique humain en présence d’un
ligand (en vert dans la modélisation ci-dessous) similaire au ligand naturel et de cholestérol (en orangé), qui stabilise suffisamment le récepteur
pour qu’on puisse en déterminer la structure. Cette modélisation montre
deux molécules réceptrices (en bleu) en forme de ruban dans une membrane plasmique (en coupe transversale).
Récepteurs
2-adrénergiques
Molécule
similaire
au ligand
Cholestérol
Membrane
plasmique
POURQUOi C’est iMPORtant On trouve le récepteur b2-adrénergique
dans les cellules des muscles lisses du corps, et ses formes anormales sont
associées à des maladies comme l’asthme, l’hypertension et l’insuffisance
cardiaque. Les médicaments qu’on utilise actuellement pour traiter ces maladies ont des effets indésirables, et les progrès de la recherche pourraient
mener à la mise au point de meilleurs traitements pharmaceutiques. De plus,
comme les RCPG présentent des similarités structurelles, ces travaux sur le
récepteur b2-adrénergique contribueront à la mise au point de traitements
pour des maladies associées à d’autres RCPG.
POUR en saVOiR PlUs R. Ranganathan, Signaling across the cell membrane, Science 318 : 1253-1254 (2007).
et si ?
Dans le modèle ci-dessus, le récepteur est inactivé ; il n’est pas
lié à une protéine G. Comment pourrait-on obtenir une cristallisation de
protéine qui révélerait la structure du récepteur pendant qu’il communique
activement avec l’intérieur de la cellule ?
Exercez votre raisonnement scientifique
Les figures Investigation montrent d’où
viennent nos connaissances en présentant
comment les chercheurs conçoivent une
expérience, interprètent ses résultats et
en tirent des conclusions.
Après avoir pris connaissance de l’expérience,
évaluez votre capacité d’analyse en répondant
à une question hypothétique (Et si ?). Pour
vérifier votre compréhension, voyez les réponses
proposées à la fin du chapitre.
Les nouvelles figures Impact présentent
les conséquences de découvertes récentes
en biologie et montrent que celle-ci
change constamment à mesure
que d’autres découvertes enrichissent
notre compréhension.
Pourquoi c’est important
montre la pertinence
de la recherche.
Pour en savoir plus
propose des suggestions
de lecture.
Une question (Et si ?
ou Faites des liens)
vous invite à la réflexion.
.
c
c
c
c
b
xii Comment utiliser ce manuel
orphobryon et
s biochiypothèse
e appelée
sition de
question
éines prodans une
ncentré à
e 18.22).
protéine
eure vers
oncentran la plus
ltats sont
ne Bicoïd
de la dros précise,
s diverses
icoïd (par
u, la prode
volutionmené à
e au bon
lans d’orent diffénce à des
ppement.
e le rôle
maternel essentiel dans les étapes initiales du développement
de l’embryon. Troisièmement, on a démontré qu’un gradient
de morphogènes peut déterminer la polarité de l’ovocyte et
la position des extrémités chez un grand nombre d’espèces,
comme les premiers embryologistes l’avaient pensé.
250 Rm
(150 w)
Queue
Queue
8
ent
sauvage
inaux (A)
pe mutant
l’extrémité
. Figure 18.22
Bicoïd est-il un morphogène
qui détermine l’extrémité antérieure
de la drosophile ?
EXPÉRIENCE En suivant une approche génétique pour étudier Drosophila melanogaster, Christiane Nüsslein-Volhard et ses collègues du Laboratoire européen de biologie moléculaire à Heidelberg, en Allemagne, ont
analysé l’expression du gène bicoïd. Les chercheurs ont émis l’hypothèse
selon laquelle le gène bicoïd code normalement pour un morphogène qui
spécifie l’extrémité antérieure (tête) de l’embryon. Pour confirmer cette
hypothèse, ils ont utilisé des techniques d’analyse moléculaire pour localiser l’ARNm et la protéine codée par ce gène dans l’œuf fécondé et le
jeune embryon des drosophiles de phénotype sauvage.
RÉSULTATS L’ARNm bicoïd (en bleu foncé) est confiné à l’extrémité
antérieure de l’ovocyte de deuxième ordre. Plus tard dans le développement, les cellules à l’extrémité antérieure de l’embryon contiennent une
concentration élevée de la protéine Bicoïd (en orangé foncé).
ARNm bicoïd dans l’ovocyte
mature non fécondé
Protéine Bicoïd
dans le jeune embryon
Extrémité antérieure
Fécondation,
traduction de
l’ARNm bicoïd
100 µm
ARNm bicoïd dans l’ovocyte
mature non fécondé
Protéine Bicoïd
dans le jeune embryon
CONCLUSION La localisation de l’ARNm bicoïd et le gradient diffus de
la protéine Bicoïd observés plus tard confirment l’hypothèse selon laquelle
la protéine Bicoïd est un morphogène qui code pour la formation des
structures spécifiques à la tête.
SOURCES C. Nüsslein-Volhard et al., Determination of anteroposterior
polarity in Drosophila, Science 238 :1675-1681 (1987) ; W. Driever et
C. Nüsslein-Volhard, A gradient of bicoid protein in Drosophila embryos,
Cell 54 : 83-93 (1988) ; T. Berleth et al., The role of localization of bicoid
RNA in organizing the anterior pattern of the Drosophila embryo, EMBO
Journal 7 :1749-1756 (1988).
ET SI ?
Supposez que l’hypothèse formulée ci-dessus est valable.
Qu’arriverait-il si vous injectiez de l’ARNm bicoïd dans l’extrémité antérieure d’un ovocyte de deuxième ordre provenant d’une femelle ayant
subi une mutation rendant inefficace le gène bicoïd ?
INVESTIGATION
chapitre 11 La communication cellulaire 241
du signal. D’autres récepteurs intracellulaires jouent leur rôle
en activant des enzymes, mais la majorité fonctionne de la
même manière que le récepteur de la testostérone, à la différence que beaucoup d’entre eux logent déjà dans le noyau
(comme les récepteurs des hormones thyroïdiennes). Il est
intéressant de noter la similarité de structure de plusieurs
récepteurs intracellulaires. Cette similitude évoque une origine commune au regard de l’évolution. Au chapitre 45, nous
examinerons en détail les hormones qui se fixent aux récepteurs intracellulaires.
Les récepteurs couplés à un canal ionique
Un canal ionique à ouverture régulée par un ligand
est un type de récepteur membranaire qui possède un canal
protéique servant « d’écluse » quand le récepteur change de
forme. Lorsqu’un ligand se lie à ce type de récepteur, le canal
protéique s’ouvre ou se ferme de manière sélective pour faire
pénétrer ou non des ions tels que Na 1 , K 1 ou Ca
21
. Comme
les autres récepteurs que nous venons d’étudier, les récepteurs
couplés à un canal ionique fixent leur ligand sur un site
par ticulier de leur domaine extracellulaire.
Les canaux ioniques à ouverture régulée jouent un rôle crucial
dans le système nerveux. Par exemple, les neurotransmetteurs
agissant comme ligands et libérés à la synapse reliant deux neurones (voir la figure 11.5b) se lient aux canaux ioniques de la
cellule réceptrice, ce qui fait ouvrir ces canaux. Les ions entrent
alors (ou parfois sortent) et déclenchent un signal électrique qui
se propage sur toute la longueur de la cellule réceptrice. L’ouverture de certains canaux ioniques est régulée par un potentiel
électrique plutôt que par un ligand ; ces canaux ioniques dits
tensiodépendants jouent également un rôle crucial dans le fonctionnement du système nerveux, comme nous le verrons au
chapitre 48.
Réponse
cellulaire
1 Ici, on voit un
récepteur couplé
à un canal ionique
qui demeure fermé
jusqu’à ce qu’un
ligand se lie à lui.
2 Quand le ligand
se fixe au récepteur,
le canal s’ouvre
à un ion particulier.
Ce passage provoque
une modification
immédiate de
la concentration de
cet ion dans la cellule.
Ce changement peut
influer directement
sur certaines fonctions
cellulaires.
3 Quand le ligand se
dissocie du récepteur,
le canal protéique
se referme et bloque
le passage aux ions.
Molécule
de signalisation
(ligand)
Récepteur couplé à un canal
ionique à ouverture régulée
par un ligand
Canal
protéique
ouvert
Ions
Membrane
plasmique
Canal
protéique
fermé
Canal protéique fermé
faites des liens Examinez la protéine à canal ionique que montre
la figure 7.1 (p. 139) et lisez le passage qui en traite à la page 150.
Quel type de signal ouvre ce canal ionique ? Selon l’information fournie
ci-dessus, de quel type de canal ionique s’agit-il ?
. figure 11.8
impact
Détermination de la structure d’un récepteur
couplé à une protéine G (rcpG)
L
es RCPG sont flexibles et instables, de sorte qu’on a eu du mal à les
cristalliser, une étape essentielle pour déterminer leur structure par
radiocristallographie. C’est pourtant ce que viennent de réussir les chercheurs pour le récepteur b2-adrénergique humain en présence d’un
ligand (en vert dans la modélisation ci-dessous) similaire au ligand naturel et de cholestérol (en orangé), qui stabilise suffisamment le récepteur
pour qu’on puisse en déterminer la structure. Cette modélisation montre
deux molécules réceptrices (en bleu) en forme de ruban dans une membrane plasmique (en coupe transversale).
Récepteurs
2-adrénergiques
Molécule
similaire
au ligand
Cholestérol
Membrane
plasmique
POURQUOi C’est iMPORtant On trouve le récepteur b2-adrénergique
dans les cellules des muscles lisses du corps, et ses formes anormales sont
associées à des maladies comme l’asthme, l’hypertension et l’insuffisance
cardiaque. Les médicaments qu’on utilise actuellement pour traiter ces maladies ont des effets indésirables, et les progrès de la recherche pourraient
mener à la mise au point de meilleurs traitements pharmaceutiques. De plus,
comme les RCPG présentent des similarités structurelles, ces travaux sur le
récepteur b2-adrénergique contribueront à la mise au point de traitements
pour des maladies associées à d’autres RCPG.
POUR en saVOiR PlUs R. Ranganathan, Signaling across the cell membrane, Science 318 : 1253-1254 (2007).
et si ?
Dans le modèle ci-dessus, le récepteur est inactivé ; il n’est pas
lié à une protéine G. Comment pourrait-on obtenir une cristallisation de
protéine qui révélerait la structure du récepteur pendant qu’il communique
activement avec l’intérieur de la cellule ?
Exercez votre raisonnement scientifique
Les figures Investigation montrent d’où
viennent nos connaissances en présentant
comment les chercheurs conçoivent une
expérience, interprètent ses résultats et
en tirent des conclusions.
Après avoir pris connaissance de l’expérience,
évaluez votre capacité d’analyse en répondant
à une question hypothétique (Et si ?). Pour
vérifier votre compréhension, voyez les réponses
proposées à la fin du chapitre.
Les nouvelles figures Impact présentent
les conséquences de découvertes récentes
en biologie et montrent que celle-ci
change constamment à mesure
que d’autres découvertes enrichissent
notre compréhension.
Pourquoi c’est important
montre la pertinence
de la recherche.
Pour en savoir plus
propose des suggestions
de lecture.
Une question (Et si ?
ou Faites des liens)
vous invite à la réflexion.
.
c
c
c
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b
xii Comment utiliser ce manuel