chapitre 18 La régulation de l’expression génique 407
La régulation
de l’expression
génique
18
m Figure 18.1 Quel mécanisme assure la régulation
du mode précis d’expression génique dans l’aile
en développement d’un embryon de mouche ?
ConCepts Clés
18.1 Les Bactéries s’adaptent souvent
aux fluctuations de leur milieu en régulant
la transcription
18.2 chez les eucaryotes, la régulation
de l’expression génique s’exerce
à de nombreux stades
18.3 Les arN non traduits exercent plusieurs
fonctions dans la régulation de l’expression
génique
18.4 Les différents types de cellules dans
un organisme multicellulaire résultent d’un
programme d’expression génique différentielle
18.5 Le cancer est la conséquence de modifications
génétiques qui altèrent la régulation
du cycle cellulaire
IntroduCtIon
La direction de l’orchestre génétique
L’heure du concert approche ! C’est la cacophonie dans l’orchestre alors que chaque musicien accorde son instrument.
Puis, après un bref silence, le chef d’orchestre lève sa baguette,
marque un temps d’arrêt et amorce une série de mouvements
complexes ; un geste, et certains instruments attaquent la
partition tandis que d’autres, à des moments bien précis, augmentent ou diminuent la puissance des sons qu’ils tirent de
leurs instruments. La mesure et le tempo transforment alors
les sons discordants de la répétition en une magnifique symphonie qui ravit l’auditoire.
C’est un peu de cette façon que les cellules dirigent leur
expression génique par des processus complexes et précis. Les
Eucaryotes comme les Procaryotes doivent modifier leur
mode d’expression génique en réaction aux fluctuations des
conditions de leur milieu. Les Eucaryotes multicellulaires
doivent, de plus, développer différents types de cellules et en
assurer le fonctionnement. Chaque type cellulaire contient le
même génome, mais il exprime un sous-ensemble de gènes
distinct, faisant en sorte que la régulation de l’expression
génique constitue un défi de taille.
Une drosophile adulte, par exemple, se développe à partir
d’une cellule unique – un ovule fécondé – , en formant une
larve multicellulaire d’aspect vermiforme. À chaque stade du
développement, l’expression génique est régulée avec soin,
faisant en sorte que les bons gènes s’expriment seulement
au bon moment et à l’endroit voulu. La figure 18.1 illustre
la structure larvaire au cours de laquelle l’aile d’un adulte
se forme dans une poche en forme de disque contenant
plusieurs milliers de cellules. Cette micrographie montre
des tissus traités de manière à révéler les ARNm codés par
trois gènes (marqués en rouge, en bleu et en vert) à l’aide de
techniques que nous décrirons au chapitre 20. (Le rouge et
le vert combinés donnent le jaune.) D’une larve à l’autre, le
mode d’expression compliqué de chaque gène est le même
pour ce stade de développement et il illustre la précision de
la régulation génique. Mais quel est le fondement moléculaire de ce mode de régulation ? Pourquoi et comment un
gène particulier est-il exprimé seulement dans les quelques
centaines de cellules qui apparaissent en bleu dans cette
image et pas dans les autres cellules ?
Dans le présent chapitre, nous commencerons par étudier
la régulation de l’expression des gènes chez les Bactéries en
réponse à des conditions différentes du milieu. Ensuite, nous
examinerons comment les Eucaryotes régulent leur expression génique pour perpétuer différents types de cellules. Chez
les Eucaryotes comme chez les Bactéries, la régulation de l’expression génique s’effectue souvent à l’étape de la transcription, mais elle survient aussi à d’autres moments. Récemment,
des chercheurs ont découvert avec étonnement les nombreux rôles que jouent les molécules d’ARN dans la régulation génique chez les Eucaryotes, un sujet que nous aborderons
plus loin. Puis nous étudierons ce qui se passe quand un programme complexe de régulation génique fonctionne correctement pendant le développement embryonnaire : une seule
cellule – l’ovule fécondé – devient un organisme complètement fonctionnel constitué de nombreux types de cellules
La régulation
de l’expression
génique
18
m Figure 18.1 Quel mécanisme assure la régulation
du mode précis d’expression génique dans l’aile
en développement d’un embryon de mouche ?
ConCepts Clés
18.1 Les Bactéries s’adaptent souvent
aux fluctuations de leur milieu en régulant
la transcription
18.2 chez les eucaryotes, la régulation
de l’expression génique s’exerce
à de nombreux stades
18.3 Les arN non traduits exercent plusieurs
fonctions dans la régulation de l’expression
génique
18.4 Les différents types de cellules dans
un organisme multicellulaire résultent d’un
programme d’expression génique différentielle
18.5 Le cancer est la conséquence de modifications
génétiques qui altèrent la régulation
du cycle cellulaire
IntroduCtIon
La direction de l’orchestre génétique
L’heure du concert approche ! C’est la cacophonie dans l’orchestre alors que chaque musicien accorde son instrument.
Puis, après un bref silence, le chef d’orchestre lève sa baguette,
marque un temps d’arrêt et amorce une série de mouvements
complexes ; un geste, et certains instruments attaquent la
partition tandis que d’autres, à des moments bien précis, augmentent ou diminuent la puissance des sons qu’ils tirent de
leurs instruments. La mesure et le tempo transforment alors
les sons discordants de la répétition en une magnifique symphonie qui ravit l’auditoire.
C’est un peu de cette façon que les cellules dirigent leur
expression génique par des processus complexes et précis. Les
Eucaryotes comme les Procaryotes doivent modifier leur
mode d’expression génique en réaction aux fluctuations des
conditions de leur milieu. Les Eucaryotes multicellulaires
doivent, de plus, développer différents types de cellules et en
assurer le fonctionnement. Chaque type cellulaire contient le
même génome, mais il exprime un sous-ensemble de gènes
distinct, faisant en sorte que la régulation de l’expression
génique constitue un défi de taille.
Une drosophile adulte, par exemple, se développe à partir
d’une cellule unique – un ovule fécondé – , en formant une
larve multicellulaire d’aspect vermiforme. À chaque stade du
développement, l’expression génique est régulée avec soin,
faisant en sorte que les bons gènes s’expriment seulement
au bon moment et à l’endroit voulu. La figure 18.1 illustre
la structure larvaire au cours de laquelle l’aile d’un adulte
se forme dans une poche en forme de disque contenant
plusieurs milliers de cellules. Cette micrographie montre
des tissus traités de manière à révéler les ARNm codés par
trois gènes (marqués en rouge, en bleu et en vert) à l’aide de
techniques que nous décrirons au chapitre 20. (Le rouge et
le vert combinés donnent le jaune.) D’une larve à l’autre, le
mode d’expression compliqué de chaque gène est le même
pour ce stade de développement et il illustre la précision de
la régulation génique. Mais quel est le fondement moléculaire de ce mode de régulation ? Pourquoi et comment un
gène particulier est-il exprimé seulement dans les quelques
centaines de cellules qui apparaissent en bleu dans cette
image et pas dans les autres cellules ?
Dans le présent chapitre, nous commencerons par étudier
la régulation de l’expression des gènes chez les Bactéries en
réponse à des conditions différentes du milieu. Ensuite, nous
examinerons comment les Eucaryotes régulent leur expression génique pour perpétuer différents types de cellules. Chez
les Eucaryotes comme chez les Bactéries, la régulation de l’expression génique s’effectue souvent à l’étape de la transcription, mais elle survient aussi à d’autres moments. Récemment,
des chercheurs ont découvert avec étonnement les nombreux rôles que jouent les molécules d’ARN dans la régulation génique chez les Eucaryotes, un sujet que nous aborderons
plus loin. Puis nous étudierons ce qui se passe quand un programme complexe de régulation génique fonctionne correctement pendant le développement embryonnaire : une seule
cellule – l’ovule fécondé – devient un organisme complètement fonctionnel constitué de nombreux types de cellules