chapitre 20 La biotechnologie
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sur microréseaux aident à mieux comprendre certaines maladies et pourraient mener à la mise en œuvre de nouvelles techniques de diagnostic ou de thérapies innovatrices. Par exemple,
la comparaison des modes d’expression génique entre les
tumeurs du cancer du sein et les tissus mammaires non cancéreux a déjà débouché sur des protocoles thérapeutiques plus
détaillés et plus efficaces. Finalement, l’information obtenue
grâce aux tests sur microréseaux nous permettra d’acquérir
une meilleure vue d’ensemble et d’approfondir notre compréhension de la façon dont les gènes interagissent pour
former un être vivant et maintenir ses systèmes vitaux en
état de fonctionnement.
La détermination de la fonction des gènes
Comment les chercheurs s’y prennentils pour déterminer la
fonction d’un gène découvert au moyen des techniques
décrites jusqu’à maintenant dans ce chapitre ? L’approche la
plus courante est peutêtre celle qui consiste à désactiver le
gène, puis à observer ce qui se passe dans la cellule ou l’organisme. Dans une application de cette approche, appelée
mutagenèse in vitro (ou mutagenèse dirigée), on effectue
des mutations précises dans un gène cloné en substituant
une base à une autre, en provoquant des délétions, etc. Après
quoi, on réintroduit ce gène muté dans une cellule de façon à
désactiver les copies cellulaires normales du même gène. Si
les mutations provoquées altèrent ou neutra lisent le fonctionnement de la protéine codée par le gène, le phénotype
du mutant peut aider à déterminer la fonction de la protéine
normale manquante. À l’aide de techniques moléculaires et
génétiques mises au point au cours des années 1980, les chercheurs peuvent même produire des souris avec un gène
désactivé afin d’étudier le rôle du gène en question dans le
développement et chez l’adulte. Mario Capecchi, Martin
Evans et Oliver Smithies ont reçu un prix Nobel en 2007
pour avoir accompli les premiers cet exploit.
Une méthode plus récente de blocage de l’expression de
gènes sélectionnés repose sur l’interférence par ARN, un
phénomène que nous avons décrit au chapitre 18. Dans cette
approche expérimentale, on utilise des molécules d’ARN bicaténaire artificielles dont la séquence correspond à celle du
gène visé pour amorcer la dégradation de l’ARN messager du
gène ou pour bloquer sa traduction. Chez certains types d’organismes, comme les Nématodes et la drosophile, l’interférence par ARN avait déjà fait ses preuves dans l’analyse à
grande échelle des fonctions des gènes. Dans une étude, des
chercheurs mentionnent qu’avec cette méthode ils ont
empêché l’expression de 86 % des gènes chez des embryons
de Nématodes, un gène à la fois. L’analyse des phénotypes de
vers qui se sont développés à partir de ces embryons a permis
aux chercheurs de classer la plupart des gènes dans un petit
nombre de groupes selon leur fonction. Il est clair que ce type
d’analyse, dans lequel on considère dans une seule étude les
fonctions de gènes multiples, prendra de l’ampleur à mesure
que la recherche se concentrera sur l’importance des interactions entre les gènes au sein d’un système global ; c’est le fondement de la biologie des systèmes (voir le chapitre 21).
Chez l’humain, des considérations éthiques empêchent
l’inactivation des gènes pour déterminer leurs fonctions. Une
autre stratégie consiste à analyser les génomes d’un grand
MéthODe De recher che
. Figure 20.15
Le test de niveaux d’expression génique
sur un microréseau à aDN
applICatIon Grâce à cette méthode, les chercheurs peuvent tester des
milliers de gènes simultanément pour déterminer lesquels sont exprimés
dans un tissu dans différentes conditions environnementales, dans des
états pathologiques variés ou à divers stades de développement. Ils peuvent
également faire des recherches sur l’expression génique coordonnée.
teCHnIQue
Molécules d’ADNc marquées
(monocaténaires)
Fragments d’ADN
représentant
un gène spécifique
Microréseau à ADN
Molécules d’ARNm
Échantillon de tissu
Un microréseau
à ADN portant
2 400 gènes humains
(grandeur réelle)
Isolement
de l’ARNm
1
Préparation d’ADNc
par transcription inverse
à l’aide de nucléotides
marqués par
un colorant
fluorescent
2
Insertion du mélange d’ADNc
dans un microréseau à ADN,
une microplaque de verre
sur laquelle chacun des micropuits
porte des copies de fragments d’ADN
monocaténaire représentant
un gène de l’organisme
(un gène pour chaque point).
L’ADNc s’hybride avec
tout ADN complémentaire
sur le microréseau.
3
Rinçage de l’excès d’ADNc
et lecture du microréseau
par fluorescence.
Chaque point fluorescent
représente un gène
exprimé dans l’échantillon
de tissu.
4
résultats L’intensité de la fluorescence à chaque point est une mesure
de l’expression du gène représenté par ce point dans l’échantillon de tissu.
Le plus souvent, on teste ensemble deux échantillons différents en marquant l’ADNc préparé à partir de chaque échantillon, en utilisant des
marqueurs fluorescents de couleur différente, souvent le vert et le rouge. La
couleur de chaque point révèle les niveaux relatifs d’expression d’un gène
particulier dans deux échantillons. Le vert indique l’expression dans un
échantillon, le rouge dans l’autre, le jaune dans les deux et le noir dans
aucun échantillon. (Voir la figure 20.1 pour une image agrandie.)
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sur microréseaux aident à mieux comprendre certaines maladies et pourraient mener à la mise en œuvre de nouvelles techniques de diagnostic ou de thérapies innovatrices. Par exemple,
la comparaison des modes d’expression génique entre les
tumeurs du cancer du sein et les tissus mammaires non cancéreux a déjà débouché sur des protocoles thérapeutiques plus
détaillés et plus efficaces. Finalement, l’information obtenue
grâce aux tests sur microréseaux nous permettra d’acquérir
une meilleure vue d’ensemble et d’approfondir notre compréhension de la façon dont les gènes interagissent pour
former un être vivant et maintenir ses systèmes vitaux en
état de fonctionnement.
La détermination de la fonction des gènes
Comment les chercheurs s’y prennentils pour déterminer la
fonction d’un gène découvert au moyen des techniques
décrites jusqu’à maintenant dans ce chapitre ? L’approche la
plus courante est peutêtre celle qui consiste à désactiver le
gène, puis à observer ce qui se passe dans la cellule ou l’organisme. Dans une application de cette approche, appelée
mutagenèse in vitro (ou mutagenèse dirigée), on effectue
des mutations précises dans un gène cloné en substituant
une base à une autre, en provoquant des délétions, etc. Après
quoi, on réintroduit ce gène muté dans une cellule de façon à
désactiver les copies cellulaires normales du même gène. Si
les mutations provoquées altèrent ou neutra lisent le fonctionnement de la protéine codée par le gène, le phénotype
du mutant peut aider à déterminer la fonction de la protéine
normale manquante. À l’aide de techniques moléculaires et
génétiques mises au point au cours des années 1980, les chercheurs peuvent même produire des souris avec un gène
désactivé afin d’étudier le rôle du gène en question dans le
développement et chez l’adulte. Mario Capecchi, Martin
Evans et Oliver Smithies ont reçu un prix Nobel en 2007
pour avoir accompli les premiers cet exploit.
Une méthode plus récente de blocage de l’expression de
gènes sélectionnés repose sur l’interférence par ARN, un
phénomène que nous avons décrit au chapitre 18. Dans cette
approche expérimentale, on utilise des molécules d’ARN bicaténaire artificielles dont la séquence correspond à celle du
gène visé pour amorcer la dégradation de l’ARN messager du
gène ou pour bloquer sa traduction. Chez certains types d’organismes, comme les Nématodes et la drosophile, l’interférence par ARN avait déjà fait ses preuves dans l’analyse à
grande échelle des fonctions des gènes. Dans une étude, des
chercheurs mentionnent qu’avec cette méthode ils ont
empêché l’expression de 86 % des gènes chez des embryons
de Nématodes, un gène à la fois. L’analyse des phénotypes de
vers qui se sont développés à partir de ces embryons a permis
aux chercheurs de classer la plupart des gènes dans un petit
nombre de groupes selon leur fonction. Il est clair que ce type
d’analyse, dans lequel on considère dans une seule étude les
fonctions de gènes multiples, prendra de l’ampleur à mesure
que la recherche se concentrera sur l’importance des interactions entre les gènes au sein d’un système global ; c’est le fondement de la biologie des systèmes (voir le chapitre 21).
Chez l’humain, des considérations éthiques empêchent
l’inactivation des gènes pour déterminer leurs fonctions. Une
autre stratégie consiste à analyser les génomes d’un grand
MéthODe De recher che
. Figure 20.15
Le test de niveaux d’expression génique
sur un microréseau à aDN
applICatIon Grâce à cette méthode, les chercheurs peuvent tester des
milliers de gènes simultanément pour déterminer lesquels sont exprimés
dans un tissu dans différentes conditions environnementales, dans des
états pathologiques variés ou à divers stades de développement. Ils peuvent
également faire des recherches sur l’expression génique coordonnée.
teCHnIQue
Molécules d’ADNc marquées
(monocaténaires)
Fragments d’ADN
représentant
un gène spécifique
Microréseau à ADN
Molécules d’ARNm
Échantillon de tissu
Un microréseau
à ADN portant
2 400 gènes humains
(grandeur réelle)
Isolement
de l’ARNm
1
Préparation d’ADNc
par transcription inverse
à l’aide de nucléotides
marqués par
un colorant
fluorescent
2
Insertion du mélange d’ADNc
dans un microréseau à ADN,
une microplaque de verre
sur laquelle chacun des micropuits
porte des copies de fragments d’ADN
monocaténaire représentant
un gène de l’organisme
(un gène pour chaque point).
L’ADNc s’hybride avec
tout ADN complémentaire
sur le microréseau.
3
Rinçage de l’excès d’ADNc
et lecture du microréseau
par fluorescence.
Chaque point fluorescent
représente un gène
exprimé dans l’échantillon
de tissu.
4
résultats L’intensité de la fluorescence à chaque point est une mesure
de l’expression du gène représenté par ce point dans l’échantillon de tissu.
Le plus souvent, on teste ensemble deux échantillons différents en marquant l’ADNc préparé à partir de chaque échantillon, en utilisant des
marqueurs fluorescents de couleur différente, souvent le vert et le rouge. La
couleur de chaque point révèle les niveaux relatifs d’expression d’un gène
particulier dans deux échantillons. Le vert indique l’expression dans un
échantillon, le rouge dans l’autre, le jaune dans les deux et le noir dans
aucun échantillon. (Voir la figure 20.1 pour une image agrandie.)