474 trOiSiÈMe partie La génétique
L’étude de l’expression
des groupes de gènes en interaction
Un des principaux buts des biologistes consiste à comprendre
comment les gènes interagissent afin de créer un organisme
et d’assurer son fonctionnement. Maintenant que la détermination des séquences de génomes entiers de nombreux organismes est presque complète, on peut entreprendre l’étude de
l’expression de grands groupes de gènes (une approche systémique). Des chercheurs ont commencé à utiliser ces séquences
génomiques comme sondes afin de déterminer quels gènes
sont transcrits dans différents tissus ou dans certaines circonstances, par exemple à divers stades de développement.
Ils recherchent également des groupes de gènes qui sont
exprimés d’une manière coordonnée, dans le but de déterminer les réseaux d’expression dans un génome entier.
Dans les études d’expression globale (sur l’ensemble du
génome), la stratégie de base consiste à isoler l’ARNm produit
par certaines cellules particulières, à fabriquer une banque
d’ADNc par transcription inverse à partir de ces matrices,
puis à hybrider les acides nucléiques pour comparer les ADNc
en question avec d’autres fragments d’ADN représentant le
génome en tout ou en partie. Les résultats permettent de
déterminer quel sousgroupe de gènes du génome est exprimé
à un moment donné ou dans certaines conditions. C’est la
biotechnologie qui rend possible ce genre d’études sur l’expression des gènes. Quant à l’automatisation, elle permet d’en
effectuer toutes les étapes facilement et à grande échelle. Les
scientifiques peuvent aujourd’hui mesurer simultanément
l’expression de milliers de gènes.
La principale approche sur laquelle reposent les études sur
l’expression de l’ensemble du génome fait appel à des tests
sur microréseau à ADN. Ce dispositif se compose d’infimes
quantités d’un grand nombre de fragments d’ADN monocaténaire représentant différents gènes et que l’on a fixés sur une
plaque de verre sous forme de réseau dense (voir la figure 20.1).
(Le microréseau est également appelé puce à ADN, par analogie
avec les puces informatiques.) Idéalement, ces fragments représentent l’ensemble des gènes d’un organisme. La figure 20.15
explique comment on teste les fragments d’ADN sur un microréseau ; la technique repose sur l’hybridation de ces fragments
avec des échantillons de molécules d’ADNc préparés à partir
d’ARNm dans des cellules particulières que l’on désire étudier
et qui sont marquées par un colorant fluorescent.
À l’aide de cette technique, les chercheurs ont effectué des
tests sur microréseaux à ADN sur plus de 90 % des gènes du
nématode Caenorhabditis elegans au cours de chacun des stades
de son cycle de développement. Les résultats montrent que
l’expression de près de 60 % des gènes de C. elegans change
considérablement au cours du développement et que beaucoup de gènes sont exprimés selon un mode spécifique au sexe.
Cette étude apporte des preuves à l’appui du modèle soutenu
par la majorité des biologistes du développement selon lequel
le développement embryonnaire met en jeu un programme
d’expression génique complexe et non l’expression d’un petit
nombre de gènes essentiels. Cet exemple montre bien dans
quelle mesure les microréseaux à ADN peuvent nous aider à
établir les profils généraux de l’expression génique pendant
la durée de vie d’un organisme.
En plus de contribuer à la découverte des interactions entre
les gènes et de mieux connaître leur fonctionnement, les tests
MéthODe De recher che
. Figure 20.13
L’analyse de l’expression de gènes uniques
par la technique de rt-pcr
applICatIon La technique de RT-PCR utilise l’enzyme transcriptase
inverse (en anglais RT, pour reverse transcriptase) en association avec
l’ACP et l’électrophorèse sur gel. On peut utiliser la RT-PCR pour comparer l’expression génique entre des échantillons (par exemple, à divers
stades embryonnaires, dans différents tissus ou dans le même type de
cellules dans des conditions variées).
teCHnIQue Dans cet exemple, les échantillons contenant des ARNm
à six stades embryonnaires du colibri ont été traités tel qu’il est illustré
ci-dessous. (On a représenté l’ARNm d’un seul stade.)
1 La synthèse de l’ADNc
est effectuée en incubant
les ARNm avec la transcriptase
inverse et d’autres composants
nécessaires.
2 L’amplification (ACP)
de l’échantillon est réalisée
à l’aide d’amorces
spécifiques au gène
de la -globine du colibri.
3 L’électrophorèse sur gel
révèle les produits d’ADN
seulement dans les échantillons
qui contiennent de l’ARNm
transcrit du gène de la -globine.
ARNm
Amorces
1
6
5
4
3
2
Stades embryonnaires
Gène
de la -globine
ADNc
résultats L’ARNm pour
ce gène est d’abord exprimé
au stade 2 et continue de
l’être jusqu’au stade 6. La
taille du fragment amplifié
(illustré par sa position sur le
gel) dépend de la distance
entre les amorces qui ont
été utilisées.
m Figure 20.14 La localisation de l’expression des gènes au
moyen de l’analyse par l’hybridation in situ. Cet embryon de Drosophila
melanogaster a été incubé dans une solution contenant des sondes
pour cinq ARNm différents, chaque sonde étant marquée par un colorant
fluorescent différent. L’embryon a alors été examiné sous microscopie
à fluorescence. Chaque couleur indique l’endroit où un gène spécifique
est exprimé sous forme d’ARNm.
50 Rm
(250 w)
L’étude de l’expression
des groupes de gènes en interaction
Un des principaux buts des biologistes consiste à comprendre
comment les gènes interagissent afin de créer un organisme
et d’assurer son fonctionnement. Maintenant que la détermination des séquences de génomes entiers de nombreux organismes est presque complète, on peut entreprendre l’étude de
l’expression de grands groupes de gènes (une approche systémique). Des chercheurs ont commencé à utiliser ces séquences
génomiques comme sondes afin de déterminer quels gènes
sont transcrits dans différents tissus ou dans certaines circonstances, par exemple à divers stades de développement.
Ils recherchent également des groupes de gènes qui sont
exprimés d’une manière coordonnée, dans le but de déterminer les réseaux d’expression dans un génome entier.
Dans les études d’expression globale (sur l’ensemble du
génome), la stratégie de base consiste à isoler l’ARNm produit
par certaines cellules particulières, à fabriquer une banque
d’ADNc par transcription inverse à partir de ces matrices,
puis à hybrider les acides nucléiques pour comparer les ADNc
en question avec d’autres fragments d’ADN représentant le
génome en tout ou en partie. Les résultats permettent de
déterminer quel sousgroupe de gènes du génome est exprimé
à un moment donné ou dans certaines conditions. C’est la
biotechnologie qui rend possible ce genre d’études sur l’expression des gènes. Quant à l’automatisation, elle permet d’en
effectuer toutes les étapes facilement et à grande échelle. Les
scientifiques peuvent aujourd’hui mesurer simultanément
l’expression de milliers de gènes.
La principale approche sur laquelle reposent les études sur
l’expression de l’ensemble du génome fait appel à des tests
sur microréseau à ADN. Ce dispositif se compose d’infimes
quantités d’un grand nombre de fragments d’ADN monocaténaire représentant différents gènes et que l’on a fixés sur une
plaque de verre sous forme de réseau dense (voir la figure 20.1).
(Le microréseau est également appelé puce à ADN, par analogie
avec les puces informatiques.) Idéalement, ces fragments représentent l’ensemble des gènes d’un organisme. La figure 20.15
explique comment on teste les fragments d’ADN sur un microréseau ; la technique repose sur l’hybridation de ces fragments
avec des échantillons de molécules d’ADNc préparés à partir
d’ARNm dans des cellules particulières que l’on désire étudier
et qui sont marquées par un colorant fluorescent.
À l’aide de cette technique, les chercheurs ont effectué des
tests sur microréseaux à ADN sur plus de 90 % des gènes du
nématode Caenorhabditis elegans au cours de chacun des stades
de son cycle de développement. Les résultats montrent que
l’expression de près de 60 % des gènes de C. elegans change
considérablement au cours du développement et que beaucoup de gènes sont exprimés selon un mode spécifique au sexe.
Cette étude apporte des preuves à l’appui du modèle soutenu
par la majorité des biologistes du développement selon lequel
le développement embryonnaire met en jeu un programme
d’expression génique complexe et non l’expression d’un petit
nombre de gènes essentiels. Cet exemple montre bien dans
quelle mesure les microréseaux à ADN peuvent nous aider à
établir les profils généraux de l’expression génique pendant
la durée de vie d’un organisme.
En plus de contribuer à la découverte des interactions entre
les gènes et de mieux connaître leur fonctionnement, les tests
MéthODe De recher che
. Figure 20.13
L’analyse de l’expression de gènes uniques
par la technique de rt-pcr
applICatIon La technique de RT-PCR utilise l’enzyme transcriptase
inverse (en anglais RT, pour reverse transcriptase) en association avec
l’ACP et l’électrophorèse sur gel. On peut utiliser la RT-PCR pour comparer l’expression génique entre des échantillons (par exemple, à divers
stades embryonnaires, dans différents tissus ou dans le même type de
cellules dans des conditions variées).
teCHnIQue Dans cet exemple, les échantillons contenant des ARNm
à six stades embryonnaires du colibri ont été traités tel qu’il est illustré
ci-dessous. (On a représenté l’ARNm d’un seul stade.)
1 La synthèse de l’ADNc
est effectuée en incubant
les ARNm avec la transcriptase
inverse et d’autres composants
nécessaires.
2 L’amplification (ACP)
de l’échantillon est réalisée
à l’aide d’amorces
spécifiques au gène
de la -globine du colibri.
3 L’électrophorèse sur gel
révèle les produits d’ADN
seulement dans les échantillons
qui contiennent de l’ARNm
transcrit du gène de la -globine.
ARNm
Amorces
1
6
5
4
3
2
Stades embryonnaires
Gène
de la -globine
ADNc
résultats L’ARNm pour
ce gène est d’abord exprimé
au stade 2 et continue de
l’être jusqu’au stade 6. La
taille du fragment amplifié
(illustré par sa position sur le
gel) dépend de la distance
entre les amorces qui ont
été utilisées.
m Figure 20.14 La localisation de l’expression des gènes au
moyen de l’analyse par l’hybridation in situ. Cet embryon de Drosophila
melanogaster a été incubé dans une solution contenant des sondes
pour cinq ARNm différents, chaque sonde étant marquée par un colorant
fluorescent différent. L’embryon a alors été examiné sous microscopie
à fluorescence. Chaque couleur indique l’endroit où un gène spécifique
est exprimé sous forme d’ARNm.
50 Rm
(250 w)