chapitre 18 La régulation de l’expression génique 431
Les ARNm maternels sont essentiels au cours du développement de nombreuses espèces. Chez Drosophila melanogaster, des gradients de concentration de protéines codées par
des ARN maternels commandent la position des extrémités
postérieure et antérieure ainsi que l’orientation de l’axe dorsoventral. Au fur et à mesure que l’embryon croît, il atteint
un point où le programme embryonnaire de l’expression
génique prend la commande, et les ARNm maternels doivent
être détruits. (Ce processus fait intervenir des miARN chez
Drosophila melanogaster et d’autres espèces.) Plus tard, les
gènes de l’embryon fournissent l’information de positionnement qui détermine un nombre spécifique de segments
correctement orientés et déclenche la formation des structures propres à chaque segment avec une précision croissante.
Lorsque les gènes mis en marche à cette étape finale sont
anormaux, les plans d’organisation de l’adulte sont anormaux, comme vous l’avez vu à la figure 18.20.
Dans la présente section, nous avons vu comment un programme de régulation génique séquentielle orchestré avec
soin commande la transformation d’un œuf fécondé en un
organisme multicellulaire. L’activation des gènes pour la différenciation à l’endroit approprié et la désactivation d’autres
gènes suivent un programme soigneusement équilibré. Même
quand un organisme est entièrement développé, l’expression
génique est régulée d’une manière aussi précise. Dans la dernière section du chapitre, nous étudierons à quel point cette
précision est grande en examinant comment l’apparition du
cancer peut résulter de modifications spécifiques dans l’expression d’un ou de quelques gènes.
retour sur le ConCept 18.4
1. Comme vous l’avez appris au chapitre 12, la mitose
donne naissance à deux cellules filles qui sont génétiquement identiques à la cellule mère. Pourtant, les
humains ne sont pas constitués de cellules identiques
bien qu’ils soient le produit de nombreuses divisions
mitotiques. Expliquez pourquoi.
2. FaItes des lIens Expliquez comment les stimulus
moléculaires libérés par une cellule embryonnaire
peuvent induire des modifications dans une cellule
voisine sans y pénétrer. (Voir les figures 11.15, p. 247,
et 11.16, p. 248.)
3. Pourquoi les gènes à effet maternel de Drosophila
melanogaster sont-ils également appelés gènes de
polarité de l’œuf ?
4.
et sI ?
Dans la partie agrandie de la
figure 18.17b, la cellule située en bas synthétise
des stimulus moléculaires, alors que la cellule
du haut exprime des récepteurs pour ces molécules.
En termes de régulation génique, expliquez
comment ces cellules en sont venues à synthétiser
des molécules différentes.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
18.5
Le cancer est la conséquence
de modifications génétiques qui altèrent
la régulation du cycle cellulaire
Au chapitre 12, vous avez vu que le terme cancer fait référence à un ensemble de maladies dans lesquelles les cellules
échappent aux mécanismes de régulation limitant normalement leur croissance. Maintenant que vous connaissez les
fondements moléculaires de l’expression génique et de sa
régulation, vous êtes prêt à étudier le cancer plus en détail.
Les systèmes de régulation du gène qui tombent en panne
pendant un cancer sont les mêmes qui jouent des rôles
importants dans le développement de l’embryon, la réponse
immunitaire et une foule d’autres processus biologiques. Par
conséquent, les recherches portant sur les fondements moléculaires du cancer ont tiré profit de nombreux autres domaines de la biologie et les ont documentés.
Les types de gènes associés au cancer
En temps normal, les gènes régulateurs de la croissance et de
la division de la cellule (le cycle cellulaire) comprennent les
gènes associés aux facteurs de croissance, leurs récepteurs et
les molécules intracellulaires des voies de communication
cellulaire. (Pour réviser le cycle cellulaire, reportez-vous au
chapitre 12.) Les mutations qui altèrent ces gènes dans les
cellules somatiques peuvent mener au cancer. C’est le cas,
notamment, des mutations aléatoires spontanées. Il est aussi
probable que de nombreuses mutations causant le cancer
sont attribuables à des facteurs environnementaux, tels que
les produits chimiques cancérogènes, les rayons X et autres
rayonnements à grande énergie, et certains Virus.
Les recherches sur le cancer ont mené à la découverte de
gènes cancérogènes, les oncogènes (du grec onkos, « grosseur », « tumeur »), chez certains types de rétrovirus (voir le
chapitre 19). Plus tard, on a trouvé des parents proches de ces
oncogènes viraux dans le génome des humains et des autres
Animaux. Les versions normales des gènes cellulaires, appelés
protooncogènes, codent pour des protéines stimulant une
croissance et une division normales de la cellule.
Comment un proto-oncogène (un gène qui a une fonction
essentielle dans la cellule normale) peut-il devenir un oncogène, c’est-à-dire un gène provoquant le cancer ? D’une manière
générale, un oncogène apparaît sous l’effet d’une modification génétique menant à l’accroissement de la quantité de
protéines codées par le proto-oncogène ou de l’activité intrinsèque de chaque protéine. Il existe trois modes principaux de
transformation d’un proto-oncogène en oncogène : le déplacement d’ADN dans le génome, l’amplification d’un protooncogène et la mutation ponctuelle d’un élément de contrôle
ou du proto-oncogène lui-même (figure 18.23).
En ce qui a trait au premier mode, on constate souvent que
les cellules cancéreuses ont subi des translocations : certains
de leurs chromosomes se sont brisés et reconstitués de façon
erronée, entraînant le transfert des fragments des chromosomes cassés sur d’autres chromosomes (voir la figure 15.14,
p. 343, et l’exemple du chromosome de Philadelphie à la
Les ARNm maternels sont essentiels au cours du développement de nombreuses espèces. Chez Drosophila melanogaster, des gradients de concentration de protéines codées par
des ARN maternels commandent la position des extrémités
postérieure et antérieure ainsi que l’orientation de l’axe dorsoventral. Au fur et à mesure que l’embryon croît, il atteint
un point où le programme embryonnaire de l’expression
génique prend la commande, et les ARNm maternels doivent
être détruits. (Ce processus fait intervenir des miARN chez
Drosophila melanogaster et d’autres espèces.) Plus tard, les
gènes de l’embryon fournissent l’information de positionnement qui détermine un nombre spécifique de segments
correctement orientés et déclenche la formation des structures propres à chaque segment avec une précision croissante.
Lorsque les gènes mis en marche à cette étape finale sont
anormaux, les plans d’organisation de l’adulte sont anormaux, comme vous l’avez vu à la figure 18.20.
Dans la présente section, nous avons vu comment un programme de régulation génique séquentielle orchestré avec
soin commande la transformation d’un œuf fécondé en un
organisme multicellulaire. L’activation des gènes pour la différenciation à l’endroit approprié et la désactivation d’autres
gènes suivent un programme soigneusement équilibré. Même
quand un organisme est entièrement développé, l’expression
génique est régulée d’une manière aussi précise. Dans la dernière section du chapitre, nous étudierons à quel point cette
précision est grande en examinant comment l’apparition du
cancer peut résulter de modifications spécifiques dans l’expression d’un ou de quelques gènes.
retour sur le ConCept 18.4
1. Comme vous l’avez appris au chapitre 12, la mitose
donne naissance à deux cellules filles qui sont génétiquement identiques à la cellule mère. Pourtant, les
humains ne sont pas constitués de cellules identiques
bien qu’ils soient le produit de nombreuses divisions
mitotiques. Expliquez pourquoi.
2. FaItes des lIens Expliquez comment les stimulus
moléculaires libérés par une cellule embryonnaire
peuvent induire des modifications dans une cellule
voisine sans y pénétrer. (Voir les figures 11.15, p. 247,
et 11.16, p. 248.)
3. Pourquoi les gènes à effet maternel de Drosophila
melanogaster sont-ils également appelés gènes de
polarité de l’œuf ?
4.
et sI ?
Dans la partie agrandie de la
figure 18.17b, la cellule située en bas synthétise
des stimulus moléculaires, alors que la cellule
du haut exprime des récepteurs pour ces molécules.
En termes de régulation génique, expliquez
comment ces cellules en sont venues à synthétiser
des molécules différentes.
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
18.5
Le cancer est la conséquence
de modifications génétiques qui altèrent
la régulation du cycle cellulaire
Au chapitre 12, vous avez vu que le terme cancer fait référence à un ensemble de maladies dans lesquelles les cellules
échappent aux mécanismes de régulation limitant normalement leur croissance. Maintenant que vous connaissez les
fondements moléculaires de l’expression génique et de sa
régulation, vous êtes prêt à étudier le cancer plus en détail.
Les systèmes de régulation du gène qui tombent en panne
pendant un cancer sont les mêmes qui jouent des rôles
importants dans le développement de l’embryon, la réponse
immunitaire et une foule d’autres processus biologiques. Par
conséquent, les recherches portant sur les fondements moléculaires du cancer ont tiré profit de nombreux autres domaines de la biologie et les ont documentés.
Les types de gènes associés au cancer
En temps normal, les gènes régulateurs de la croissance et de
la division de la cellule (le cycle cellulaire) comprennent les
gènes associés aux facteurs de croissance, leurs récepteurs et
les molécules intracellulaires des voies de communication
cellulaire. (Pour réviser le cycle cellulaire, reportez-vous au
chapitre 12.) Les mutations qui altèrent ces gènes dans les
cellules somatiques peuvent mener au cancer. C’est le cas,
notamment, des mutations aléatoires spontanées. Il est aussi
probable que de nombreuses mutations causant le cancer
sont attribuables à des facteurs environnementaux, tels que
les produits chimiques cancérogènes, les rayons X et autres
rayonnements à grande énergie, et certains Virus.
Les recherches sur le cancer ont mené à la découverte de
gènes cancérogènes, les oncogènes (du grec onkos, « grosseur », « tumeur »), chez certains types de rétrovirus (voir le
chapitre 19). Plus tard, on a trouvé des parents proches de ces
oncogènes viraux dans le génome des humains et des autres
Animaux. Les versions normales des gènes cellulaires, appelés
protooncogènes, codent pour des protéines stimulant une
croissance et une division normales de la cellule.
Comment un proto-oncogène (un gène qui a une fonction
essentielle dans la cellule normale) peut-il devenir un oncogène, c’est-à-dire un gène provoquant le cancer ? D’une manière
générale, un oncogène apparaît sous l’effet d’une modification génétique menant à l’accroissement de la quantité de
protéines codées par le proto-oncogène ou de l’activité intrinsèque de chaque protéine. Il existe trois modes principaux de
transformation d’un proto-oncogène en oncogène : le déplacement d’ADN dans le génome, l’amplification d’un protooncogène et la mutation ponctuelle d’un élément de contrôle
ou du proto-oncogène lui-même (figure 18.23).
En ce qui a trait au premier mode, on constate souvent que
les cellules cancéreuses ont subi des translocations : certains
de leurs chromosomes se sont brisés et reconstitués de façon
erronée, entraînant le transfert des fragments des chromosomes cassés sur d’autres chromosomes (voir la figure 15.14,
p. 343, et l’exemple du chromosome de Philadelphie à la