BIOLOGIE CELLULAIRE

Obésité : des chercheurs découvrent des cellules qui bloquent le stockage des graisses

Par Camille Gaubert le 22.06.2018 à 08h00
Lecture 3 min.

Les cellules nommées Aregs bloquent la production de celles qui stockent les graisses. Elles viennent d'être découvertes par des chercheurs suisses, et pourraient être la clé pour lutter contre l'obésité et le diabète de type 2.

ROOS KOOLE / ANP / AFP
Parmi la multitude de cellules qui composent nos tissus adipeux, certaines sont capables de stopper le stockage de graisses, d'après une nouvelle publication suisse parue dans la revue Nature. Selon les auteurs, cette découverte pourrait permettre de lutter contre l'obésité ou encore le diabète de type 2.

Les adipocytes sont des cellules qui ont pour fonction de stocker les graisses dans notre organisme. Ce stockage peut se faire de deux manières : soit en ajoutant des graisses dans les adipocytes existants, soit en créant de nouveaux adipocytes à partir de cellules nommées "pré-adipocytes". Ce dernier processus se nomme "adipogénèse". Si la graisse est essentielle pour la santé -  elle peut être convertie en énergie si besoin -, en avoir trop au mauvais endroit peut être nocif. L'obésité peut ainsi entraîner des maladies graves telles que le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires et le cancer.

Les Aregs, ces cellules qui inhibent la production d'adipocytes
"La clé pour lutter contre l'obésité est de comprendre comment les adipocytes matures se développent à partir des cellules précurseurs, mais l'identité de ces précurseurs a jusqu'ici été insaisissable", commente David A. Guertin, professeur à la University of Massachusetts Medical School, dans un commentaire de Nature. Le tissu adipeux contient en effet un grand nombre de cellules "qu'il est difficile de distinguer en utilisant les approches traditionnelles. Ainsi, le marquage génétique, qui consiste à fixer des molécules fluorescentes sur certaines protéines présentes à la surface des cellules pour les distinguer, ne fonctionne pas dans ce cas-là en raison de la trop grande similarité des profils entre différents types de cellules.
Les chercheurs ont donc adopté une approche plus moderne : la "transcriptomique à cellule unique". Cette technique permet de trier les cellules par type de gènes actifs, constituant des profils partagés à coup sûr par les sous-populations de cellules. Les auteurs ont ainsi défini trois populations de cellules précurseurs de graisses, dont l'une permet de supprimer la production d'adipocytes ! Appelées Aregs (pour régulatrices d'adipogénèse), ces cellules représentent moins de 10% de la population cellulaire ; elles sont présentes chez l'humain comme chez la souris. Selon les chercheurs, les Aregs empêchent les pré-adipocytes de devenir des adipocytes en sécrétant une molécule inhibitrice.

Une piste pour contrôler l'obésité

Une découverte d'importance, puisque "la modulation des signaux libérés par Aregs pourrait avoir un potentiel thérapeutique pour contrôler la croissance des graisses", selon David A. Guerin. "Contrôler la formation des cellules adipeuses est important pour améliorer la santé métabolique", commente Bart Deplancke, qui a dirigé une partie de ces travaux, dans un communiqué de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). "Cela pourrait s'avérer significatif aussi pour ralentir le vieillissement puisque certains tissus, comme la moelle osseuse et les muscles, accumulent des cellules adipeuses avec le temps, ce qui affecte négativement leur fonction. De ce fait, notre découverte a des implications biomédicales étendues, et nous sommes impatients d'en apprendre davantage au sujet de ces intrigantes cellules". Ces découvertes suscitent l'espoir que les Aregs, ou leur mécanisme d'action, puissent être exploitées pour moduler la plasticité du tissu adipeux humain. A long terme, cela pourrait améliorer notre capacité à contrôler l'obésité et la sensibilité à l'insuline, et ainsi traiter des maladies métaboliques, y compris le diabète de type 2.

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Variabilité comportementale et vie sociale chez un organisme unicellulaire

jeudi 1 janvier 2015

Beaucoup d’animaux présentent, tout comme les humains, des comportements différents et ne réagissent pas tous de la même manière face aux informations environnementales et sociales. Toutefois, l’intégralité de ces recherches a été consacrée à des organismes relativement complexes et multicellulaires. Audrey Dussutour et David Vogel au Centre de recherche sur la cognition animale, démontrent pour la première fois que des différences comportementales sont déjà manifestes chez un organisme unicellulaire, Physarum Polycephalum, lointain parent des animaux, des champignons et des plantes. Cet organisme peut présenter des types comportementaux distincts : « lent-social », « rapide-social » et « rapide-asocial ». Ces résultats sont publiés dans la revue Proceedings of The Royal Society B.

Les différences comportementales sont observées à tous les échelons de l’organisation du vivant : entre individus au sein d’un groupe, entre groupes au sein d’une population et entre populations au sein d’une espèce. De nombreuses études à ce sujet, chez des espèces multicellulaires, ont montré que ces différences comportementales ont un impact majeur sur l’évolution et l’écologie de ces organismes. A l’inverse, la variabilité comportementale chez des organismes unicellulaires est très peu documentée. Pourtant une bonne compréhension de cette variabilité semble cruciale pour appréhender pleinement la variabilité observée chez des organismes plus complexes. Afin de pallier ce manque, les chercheurs ont choisi d’étudier la variabilité comportementale chez un organisme unicellulaire Physarum polycephalum. P. polycephalum est une cellule géante (ou plasmode) extrêmement mobile pouvant atteindre plusieurs mètres carrés et une vitesse de déplacement de 4cm à l’heure. Les chercheurs ont choisi de travailler avec 3 souches de la même espèce : une souche australienne, une souche japonaise et une souche américaine.

Dans une première série d’expériences, les chercheurs ont quantifié le comportement de P. polycephalum dans un environnement dépourvu de nourriture. Les résultats mettent en évidence que les cellules peuvent être regroupées dans des sous-types comportementaux distincts. Les cellules australiennes se déplacent lentement dans toutes les directions, les cellules japonaises progressent rapidement dans toutes les directions et les cellules américaines se déplacent rapidement dans une direction unique.
Ensuite, les chercheurs ont observé le comportement de P. polycephalum lorsqu’une source de nourriture ou des informations sociales sont présentes dans l’environnement. Les informations sociales correspondent à l’ensemble des molécules excrétées par une cellule dans son environnement lorsque celle-ci se nourrit. Les résultats montrent une nouvelle fois des différences comportementales manifestes entre les souches. Les cellules australiennes et japonaises préfèrent se déplacer vers les informations sociales plutôt que vers la nourriture, contrairement aux cellules américaines qui préfèrent se déplacer vers la nourriture plutôt que vers les informations sociales. Les chercheurs sont parvenus à identifier le calcium comme élément responsable de l’attraction sociale en utilisant une approche associant l’étude éthologique fine du comportement des cellules à des analyses chimiques. Les chercheurs ont pu déterminer que les cellules australiennes sécrètent de grandes quantités de calcium et sont capables de détecter de faibles concentrations de calcium dans l’environnement. A l’inverse, les cellules américaines sécrètent peu de calcium et sont peu sensibles au calcium présent dans l’environnement. Les cellules japonaises se situent dans une position intermédiaire.

Une dernière série d’expériences, dans laquelle deux cellules sont mises en présence de deux sources de nourriture identiques, montre que les cellules manifestent des stratégies sociales différentes. Les cellules australiennes exploitent la même source de nourriture tandis que les cellules japonaises et américaines choisissent aléatoirement une des deux sources de nourriture. De plus, les cellules australiennes trouvent plus facilement la nourriture lorsqu’elles sont accompagnées d’un congénère que lorsqu’elles sont seules dans l’environnement, indiquant un phénomène de facilitation sociale. A l’inverse, les cellules américaines, en présence d’un congénère, sont ralenties dans leur découverte de la nourriture. L’élaboration d’un modèle mathématique reproduisant la dynamique d’interactions entre deux cellules a permis aux chercheurs de démontrer les mécanismes responsables de ces stratégies sociales, d’une part leur vitesse de déplacement et d’autre part leur niveau d’attraction pour les informations sociales.
Ainsi, ces résultats prouvent l’existence de types comportementaux même chez les organismes unicellulaires et permettent d’enrichir le répertoire comportemental de P. polycephalum. Audrey Dussutour et ses collaborateurs montrent, une fois de plus, que les comportements complexes ne résultent pas obligatoirement de procédés neuronaux sophistiqués mais que des formes de vie plus simples sont aussi capables de présenter des comportements étonnants.


Figure 1: Déplacement des cellules des différentes souches de P. polycephalum dans un environnement dépourvu de nourriture. Les cellule australiennes et japonaises s’étendent dans toutes les directions, tandis que les cellules américaines poussent principalement de façon digitée.

Figure 2: Choix des cellules de chaque souche entre les informations sociales et la nourriture. Les cellules australiennes et japonaises se déplacent vers les informations sociales tandis que les cellules américaines choisissent la nourriture.
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Figure 3: Les cellules australiennes exploitent la même source de nourriture lorsqu’elles sont mises en présence de deux sources de nourriture identiques.
© Audrey Dussutour
Références :
*         Phenotypic variability in unicellular organisms: from calcium signalling to social behaviour. 
David Vogel, Stamatios C. Nicolis, Alfonso Perez-Escudero, Vidyanand Nanjundiah, David J. T. Sumpter,Audrey Dussutour. 
Proc. R. Soc. B 2015 282 20152322; DOI: 10.1098/rspb.2015.2322.
Contacts :
*         Audrey Dussutour Centre de Recherches sur la Cognition Animale
CNRS UMR 5169 CNRS, Université Toulouse III 
Bâtiment 4R3, Porte 220
118 route de Narbonne
31062 ToulouseTel : 05 61 55 64 41

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Actine

L'actine est une protéine bi-globulaire de 5,46 nm de diamètre qui joue un rôle important dans l'architecture et les mouvements cellulaires [EN]. Elle est présente dans toutes les cellules du corps (c’est une protéine ubiquitaire), mais elle est particulièrement abondante dans les cellules musculaires. Elle peut représenter jusqu'à 15 % de la masse totale protéique des cellules. Cette protéine a été hautement conservée lors de l'évolution des eucaryotes, puisque l'identité entre un isotype d'actine humaine et l'actine de levure (S. cerevisiae) est supérieure à 90 %. La plupart des cellules eucaryotes possèdent de nombreux gènes d'actine codant des protéines légèrement différentes1,2.


        Notes et références Structure
L'actine est une protéine dont le diamètre est de 5,46 nm. Elle est constituée par un polypeptide de 375 acides aminés qui contient un acide aminé, l'histidine, ayant subi une modification post-traductionnelle rare : la 3-méthylhistidine. La détection de 3-méthylhistidine dans l'urine est le signe de nécrose cellulaire à la suite d'une blessure musculaire.
Chez les mammifères, il existe 6 isotypes d'actine :
* 3 isoformes d’actines alpha (présentes dans les muscles striés squelettiques, cardiaque et dans les muscles lisses) ;
* 2 isoformes d’actines gamma (présentes dans le muscle lisse entérique et dans les tissus non musculaires, au niveau des stéréocils (microvillosités) de la cellule auditive sensorielle) ;
* 1 isoforme d’actine beta (non-musculaire).
Dans la cellule, on la retrouve sous deux formes :
* actine G (globulaire), forme monomérique soluble en solution aqueuse.
* Le monomère d'actine G est associé à un cation divalent tel que l'ion calcium ou le magnésium (le magnésium in vivo) et un nucléotide de type ATP ou ADP selon l'état de phosphorylation du nucléotide. En l'absence de ces deux cofacteurs, l'actine se dénature facilement. La thymosine bloque la polymérisation en s'associant aux monomères d'actine G liée à l'ATP ;
* actine F (filamenteuse) ou microfilament, de 8 nm de diamètre et qui est un polymère d'actine G.
* Ce filament est un arrangement hélicoïdal dextre, avec un tour d'hélice comportant 13 monomères et d'une longueur de 37 nm.
La cytochalasine B (en) est une mycotoxine qui inhibe la formation des microfilaments d'actine.

Polymérisation
Article détaillé : Filament d'actine.

Elle commence par une phase dite de nucléation pendant laquelle des dimères, trimères, ou tétramères (selon le processus de nucléation utilisé) d'actine (appelés noyaux) s'assemblent. Cette étape, défavorable thermodynamiquement, est une étape lente. Dans le contexte cellulaire, l'existence de nucléateurs de l'actine accélère cette étape et la rend de ce fait compatible avec les échelles de temps et d'espaces des processus biologiques cellulaires. On distingue 3 groupes de nucléateurs : le complexe Arp2/3 (complexe composé de 7 sous unités protéiques), les formines, et les nucléateurs dit « atypiques » comme la protéine Spire. Si la concentration en monomères d'actine (actine dite G) est supérieure à une concentration critique, l'actine G s'assemble en filaments à partir des noyaux préformés. C'est l'étape d'élongation des filaments. Cette étape rapide est souvent appelée phase de polymérisation, bien que l'actine filamenteuse (dite actine-F) ne soit pas un véritable polymère (les monomères ne sont pas liés entre eux par une liaison covalente au sein d'un filament). Une fois formés, les filaments d'actine sont à l'équilibre entre dissociation des filaments aux extrémités (-) et association de monomères aux extrémités (+). Dans les cellules, la formation spontanée de noyaux d'actine est très défavorable.

Localisation et rôle


Dans la contraction musculaire, l'actine polymérisée se lie à une autre protéine, la myosine. Cette dernière s'accroche au polymère d'actine et la fait coulisser par rapport à elle; à l'autre bout du filament de myosine, un autre filament d'actine procède de façon symétrique ; les deux filaments d'actine se rapprochent donc l'un de l'autre, c'est la contraction musculaire.

Autres rôles :
* anneau contractile des cellules en division lors de la cytodiérèse permettant de séparer les cellules issues de la mitose (ou de la méiose) ;
* maintien de l'intégrité tissulaire par l'association des microfilaments avec la ceinture de desmosomes appelée jonction adhérente au pôle apical des cellules épithéliales ;
* maintien des microvillosités des cellules épithéliales intestinales ;
* émission de filopodes et de lamellipodes qui permettent à la cellule de s'allonger dans une direction donnée ce qui permet la migration cellulaire ou la prise de proies (chez les amibes et les cellules phagocytaires du système immunitaire comme les macrophages). Dans le cas de la migration cellulaire, les microfilaments d'actine se lient à des points d'adhésion focaux qui servent de points d'appui sur la matrice extracellulaire, nécessaires pour avancer. Ce sont les protéines associées aux intégrines qui se lient à l'actine ;
* création de filaments d'actine nécessaires à la reproduction par bourgeonnement de la levure Saccharomyces cerevisiae3.
Des parasites intracellulaires tels que Listeria sont capables de détourner la machinerie cellulaire qui contrôle la polymérisation de l'actine pour former des microfilaments derrière eux, ce qui permet de les propulser.

Voir aussi[modifier | modifier le code]
* ACTA2, l'une des isoformes de l'actine alpha
* Troponine
* Tropomyosine
* Complexe Arp2/3
Notes et références[modifier | modifier le code]
1. ↑ Gunning PW, Ghoshdastider U, Whitaker S, Popp D, Robinson RC, « The evolution of compositionally and functionally distinct actin filaments », Journal of Cell Science, vol. 128, no 11,‎ 2015, p. 2009–19 (PMID 25788699, DOI 10.1242/jcs.165563).
2. ↑ Ghoshdastider U, Jiang S, Popp D, Robinson RC, « In search of the primordial actin filament. », Proc Natl Acad Sci U S A., vol. 112, no 30,‎ 2015, p. 9150-1 (PMID 26178194, DOI 10.1073/pnas.1511568112).
3. ↑ Actin cable dynamics in budding yeast (Hyeong-Cheol Yang and Liza A. Pon) http://www.pnas.org/content/99/2/751.short [archive].

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La cellule, le patrimoine génétique


La brique élémentaire de tous les êtres vivants est la cellule. Elle renferme en son sein une molécule qui porte son patrimoine génétique.

Publié le 25 janvier 2018
       
Les êtres vivants ont pu s’adapter à tous les milieux et coloniser l’ensemble des écosystèmes marins et terrestres ! Que ce soit une bactérie, un homme, un lichen ou une sauterelle, tous les organismes ont quelque chose en commun : la cellule. Autonome, elle vit, se reproduit et meurt.

AU CŒUR DE LA CELLULE
Les cellules sont les plus petites unités du vivant. Pour les voir, il suffit d’un microscope car une cellule animale mesure en moyenne 20 micromètres. Elles se classent en deux types : les procaryotes et les eucaryotes. Les premières, de simples poches de liquide contenant des biomolécules, délimitées par une membrane et ne comportant pas de noyau, sont dites “ primitives ”. Les bactéries sont les principaux représentants de cette confrérie. Les cellules eucaryotes sont plus organisées, avec différents compartiments ayant chacun un rôle à jouer, comme le noyau.


*         1 - Le noyau : centre de contrôle de la cellule. Il contient le matériel génétique sur lequel est inscrit le mode d'emploi de tout organisme. Chaque cellule utilise le génome d'une façon différente. Elle a son propre mode d'emploi.

*         2 - Les lysosomes : centres de recyclage. Ce sont de petits sacs qui concentrent les substances à détruire et les enzymes nécessaires à cette destruction.

*         3 - Les ribosomes : usines de production des protéines. Ils synthétisent des protéines à partir des instructions données par le noyau.

*         4 - L'appareil de Golgi : centre de tri. Dans ces sacs empilés les uns sur les autres s'achève la préparation de protéines synthétisées dans la cellule en vue de leur exportation.

*         5 - Le cytoplasme : agora de la cellule. Délimité par la membrane plasmique, le cytoplasme est constitué d'eau et de biomolécules et contient les divers organites cellulaires (noyau, mitochondries…).

*         6 - Les mitochondries : centrales énergétiques. Elles sont le siège de la respiration cellulaire et de la production d'énergie.



L’Homme est composé de 5 000 à 30 000 milliards de cellules.


* Au sein d’un organisme, les cellules peuvent avoir des formes et des fonctions différentes mais elles contiennent toutes, dans leur noyau, les mêmes informations génétiques, le même patrimoine. Chez les eucaryotes pluricellulaires, les cellules sont réunies en tissus. Un tissu est composé de plusieurs types de cellules avec des fonctions bien distinctes, mais il y a souvent un type cellulaire prédominant remplissant la même fonction, comme les hépatocytes dans le foie.
*
* Différents tissus peuvent s’associer pour former un organe et plusieurs organes peuvent contribuer à une même grande fonction physiologique. Les cellules germinales sont fabriquées par l’appareil reproducteur. De l’union du patrimoine génétique d’un spermatozoïde et de celui d’un ovule naîtra un nouvel individu. Les cellules de l’œuf se multiplieront et se différencieront pour produire les centaines de lignées de cellules spécialisées, dites somatiques, qui constitueront la peau, le cerveau, le tube digestif… de ce nouvel individu.
*
* D’après la découverte de fossiles de stromatolithes1 dans les lagunes australiennes, la vie aurait commencé sur Terre il y a 3,5 milliards d’années. De la bactérie unicellulaire à l’Homme, composé de pas moins de 30 000 milliards de cellules, le Vivant n’a cessé d’innover !
*
1 : Stromatolithes : constructions fossiles, formées en général par des cyanobactéries (algues bleues), qui existent encore à l'heure actuelle.

La mitose, une division cellulaire

Chez l'Homme, les cellules souches (indifférenciées) et les cellules somatiques (différenciées et spécialisées) se multiplient par mitose pour donner deux cellules identiques, dites diploïdes, contenant 23 paires de chromosomes. Les cellules germinales (cellules sexuelles ou gamètes), quant à elles, doivent subir deux divisions successives (méiose) pour donner des cellules, dites haploïdes, avec un seul exemplaire de chacun des 23 chromosomes. Lors de la fécondation, les deux gamètes fusionnent pour générer un œuf diploïde. Le mélange de 50 % du patrimoine de la mère avec 50 % du patrimoine du père est appelé brassage génétique. La reproduction sexuée augmente la biodiversité et par conséquent le potentiel adaptatif de l'espèce.  

LE CYCLE CELLULAIRE
En 24 heures, depuis sa naissance jusqu’à sa division ou sa mort, une cellule suit un cycle de 4 phases.

*         La première, notée G1, correspond à sa croissance. Pendant ce temps, plus ou moins long, la cellule exerce ses fonctions ordinaires sans produire de nouvel ADN.
*         La seconde étape, S, est celle de la synthèse de l’ADN et de la réplication chromosomique.
*         Lors de la phase G2, la cellule s’assure que la réplication s’est bien passée.
*         Puis elle déclenche la dernière phase, celle de la division cellulaire.


L'ADN
Histoire de lu vivant et de l'ADN

L’enquête a commencé au siècle des Lumières par des observations macroscopiques sur la biodiversité. Les explorateurs rapportent de nouvelles espèces que Carl Von Linné, Georges Cuvier et Georges Buffon nomment et classent selon les caractères propres à chacune (nombre de membres, bipédie,
poils, plumes…). Puis Jean-Baptiste de Lamarck invente la biologie ; il est le premier à comprendre que les espèces évoluent. Au XIXe siècle, Charles Darwin émet l’idée qu’un caractère possède une certaine variabilité au sein d’une
population et que la sélection naturelle conserve les variations les plus favorables, dans un contexte donné ou un environnement spécifique.

En 1866, dans le potager de son abbaye, le moine Gregor Mendel découvre que certains caractères sont héréditaires : c’est la naissance de la génétique.
En 1952, la scientifique Rosalind Franklin parvient à “ photographier ” une molécule d’ADN et émet l’hypothèse de sa structure en double hélice. La reprise de ces travaux par Francis Crick et James Watson ouvre la voie à la biologie moléculaire.
    
L'ADN, vecteur de l'hérédité
Le noyau, de forme sphérique, est l'organite le plus volumineux de la cellule. Ses 5 micromètres de diamètre permettent de l’observer en microscopie optique. Une goutte de vert de méthyl suffit à révéler son principal constituant, l’Acide DésoxyriboNucléique (ADN). C'est la molécule support du patrimoine génétique de tout être vivant. La longue chaîne d’ADN est composée d'une succession de nucléotides (contenant des bases) accrochés les uns aux autres par des liaisons phosphodiester. Les 4 bases qui composent l’alphabet du programme génétique sont A, T, G et C.
 
La molécule d’ADN en version 3D est un assemblage de deux chaînes hélicoïdales (ou brins) s’enroulant autour d’un axe. Cette double hélice est maintenue grâce aux liaisons hydrogène entre les bases qui se font face. Ces bases, dites complémentaires (A s’apparie avec T et C avec G) forment comme les barreaux d’une échelle. Les deux brins d’un ADN donnent donc la même information, comme une photo et son négatif.

Dans les gènes, une suite de trois lettres forme un mot, ou codon. Les mots forment des phrases ou des instructions qui sont à l’origine des caractères héréditaires. La plupart du génome reste non lisible.

Deux êtres humains qui n'ont aucun lien de famille ont 99,9 % d'ADN en commun.

LES CHROMOSOMES, SUPPORTS MATÉRIELS DES GÈNES

Caryotype d'une cellule humaine, par hybridation en fluorescence. © Steven M.Carr
Au moment de la division cellulaire, l’ADN se compacte autour de protéines et s’organise en bâtonnets visibles, les chromosomes. Chaque espèce possède un nombre constant et spécifique de chromosomes : 46 pour l’Homme, 24 pour le riz, 8 pour la mouche… Chez la bactérie, il n’y en a qu’un et il est circulaire ! Si la cellule est stoppée pendant sa division, il est possible de réaliser un caryotype, sorte d’instantané de ses chromosomes. Ceux-ci sont découpés puis classés selon une numérotation internationale. Par exemple, un caryotype sert à identifier le sexe d’un individu (chromosome 23 XX - femelle ou XY - mâle) ou à détecter certaines anomalies, comme la trisomie 21 (3 copies du chromosome 21).

Un chromosome humain débobiné mesure un mètre d’ADN ! Sur ce mètre étalon, certaines fractions sont des instructions qui commandent la synthèse de protéines ; ce sont les gènes. Unités de base de l’hérédité, ils déterminent ce que nous sommes et comment nous fonctionnons (couleur des yeux, groupe sanguin…).

LE COMPLEXE DU GÉNOME
Organisme    Nombre de chromosomes    Taille du génome en millions de bases    Nombre de gènes
Homme    46    3300     21000
Riz    24    430    37000
Mouche    8    165    13000

Un organisme complexe, comme l'Homme, a-t-il un plus gros génome et plus de gènes qu'un organisme " moins évolué " ?

C'est globalement vrai quand on compare les procaryotes (bactéries) aux eucaryotes (plantes, animaux…). Cependant, chez les eucaryotes, le paradoxe existe. L'Homme a à peine deux fois plus de gènes que la mouche et moins qu'un grain de riz ! Il n'existe pas de relation entre la complexité d'un organisme et le nombre de gènes ou la taille de son génome.

LES GÈNES
Il existe environ 21 000 gènes chez l'Homme. La plupart des gènes codent pour des protéines qui jouent un rôle particulier dans notre organisme. Certaines participent au transport, à la signalisation cellulaire… D'autres, comme les enzymes, réalisent des réactions chimiques. Deux étapes sont nécessaires à leur fabrication : la transcription et la traduction.

1 - La transcription
Pour fabriquer une protéine, le gène va transmettre son mode d'emploi du noyau au cytoplasme grâce à une molécule navette, l'ARN messager (ARNm). Pour cela le gène est transcrit en un ARNm qui est sa copie exacte ; à un détail près : la base T est remplacée par une base spéciale, la base uracile (U). Les ARNm sont transformés pour enlever des parties non-codantes.

2- La traduction
Une fois dans le cytoplasme, l'ARNm va rejoindre les usines à protéines, les ribosomes. Dans celles-ci seront assemblés les constituants de base d'une protéine, les acides aminés selon la séquence donnée par l'ARNm. Mais comment passer d'un alphabet de 4 lettres (A, U, C, G) à une protéine ? Chaque acide aminé correspond à un ou plusieurs codons. Un troisième acteur, l'ARN de transfert (ARNt), reconnaît spécifiquement le codon de l'ARNm qui correspond à l'acide aminé qu'il porte. Ainsi, le ribosome glisse le long de la séquence de l'ARNm, et assemble les acides aminés apportés au fur et à mesure par les ARNt. Le ruban protéique se replie au cours de sa synthèse pour prendre in fine une conformation tridimensionnelle qui lui confère ses propriétés et sa fonction.


LES ALLÈLES
Chez l’Homme, les chromosomes vont par paire ! Pour chaque paire, ils sont identiques, portent les mêmes gènes. Cependant, il peut y avoir plusieurs versions, ou allèles, d’un même gène. Les combinaisons de deux allèles identiques ou différents donnent le génotype de l’individu. Par exemple, pour déterminer le groupe sanguin, il existe 3 versions du gène : l’allèle A, B et O ; ce qui donne AA, AB, AO, BB, BO ou OO. A et B sont dominants sur O ; A et B sont co-dominants et O est récessif. Le génotype AA donnera le phénotype [A]

Le génotype AB donnera le phénotype [AB]
Le génotype AO donnera le phénotype [A]
Le génotype BO donnera le phénotype [B]
Le génotype OO donnera le phénotype [O]
Le génotype BB donnera le phénotype [B]

Les phénotypes sont le résultat de l’expression des génotypes.


Chez les procaryotes, dont les cellules sont dépourvues de noyau, plus de 90 % du génome codent pour une protéine. Chez les eucaryotes, ce sont seulement 2 %. Les 98 % restants ont été longtemps appelés à tort “ ADN poubelle ” ; leur rôle n’est pas encore complètement élucidé, mais une partie servirait à réguler les gènes.

La déclinaison d'un gène ou comment conjuguer les allèles
Quand vous verrez un chat à 3 couleurs, pariez avec vos amis que c’est une femelle ! Vous gagnerez à tous les coups.

Explications : Les gènes sont à l’origine des caractères héréditaires comme la couleur du pelage des chats. Il existe plusieurs versions d’un gène que l’on appelle allèles.

Dans notre exemple, l’allèle redo confère la couleur orange et red° la couleur noire. Chaque gène, porté par les deux chromosomes d’une même paire, existe donc en deux exemplaires, une combinaison de 2 allèles qui détermine le génotype. Chez les chats, le gène de la couleur du poil est porté par le chromosome sexuel “ X ”. Un mâle (XY) ne possède qu’un seul chromosome X. Il ne peut donc exprimer qu'un seul a

llèle ; il est redo (orange) ou red° (noir). Une femelle (XX), quant à elle, présente une des 3 combinaisons d’allèles ou génotypes possibles : redo/redo, redo/red° ou red°/red° ; le phénotype couleur du pelage [noir et orange] n’apparaît donc que chez la femelle.


Génotype, phénotype chez le chat. © Victoria Denys/CEA

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