Niveaux de différenciation cellulaire et contrôle

Niveaux de différenciation cellulaire et contrôle

Tous les processus cellulaires sont contrôlés par des enzymes (protéines). Celles-ci sont synthétisées à l'intérieur de la cellule par des gènes.

L'expression de gènes, c'est-à-dire de protéines synthétisées par celles-ci, peut être contrôlée à trois niveaux différents et ce contrôle est exercé par des facteurs présents dans le cytoplasme. Ceux-ci sont:

I. Différenciation effectuée dans le génome:

A. Changement du quantum d'ADN:

La quantité d'ADN peut être augmentée ou diminuée, permettant ainsi la différenciation. L'augmentation ou la diminution peut être provoquée par les méthodes suivantes.

1. Diminution de la chromatine:

Boveri (1889) a observé une diminution de la chromatine dans le zygote du nématode Parascaris. Il a constaté qu'après le premier clivage, une partie de la matière proche du pôle animal était déversée dans le cytoplasme lors du second clivage.

Au stade 32 cellules, seules deux cellules possèdent le complément génétique complet (cellules germinales primordiales), tandis que les cellules restantes ont subi une diminution de la chromatine (cellules somatiques présomptives). Ainsi, différentes cellules de la blastula ont une teneur en chromatine différente et une différenciation quantitative. L'ADN différentiel a une interaction nucléo-cytoplasmique différentielle. Un phénomène similaire a été observé chez certains diptères.

2. Amplification génique:

Dans les ovocytes d'amphibiens, la synthèse d'ARNr est très active. Pour cela, le gène de l'ARNr existe en un grand nombre de copies. Le génome diploïde de Xenopus laevis contient près de 1600 copies des gènes de l'ARNr et tous sont regroupés dans la région de l'organisateur nucléolaire.

Chacun de ces nucléoles synthétise activement l'ARNr. Les chromosomes de lampe à brosse des ovocytes d'Amphibian possèdent des copies supplémentaires de gènes d'ARNt et d'ARNm qui synthétisent un grand nombre de ces molécules. Celles-ci ont une influence réglementaire sur le processus de développement.

3. lésions génétiques:

Une variété mutante de Xenopus laevis ne possédait qu'un nucléole au lieu de deux. Cette carence en matériau nucléolaire n’empêche pas le développement normal. Quand ces mutants ont été accouplés, les descendants étaient de trois types: forme normale (2 nu), hétérozygote (1 nu) et homozygote mutant (0. nu) dans le rapport mendélien typique de 1: 2: 1. Les individus sans nucléole pas se développer au-delà des premiers stades. Le mutant (Onu) est formé en raison de la suppression des gènes de l'ARNr 28 S et 18 S de l'un des chromosomes.

(B) Changements chimiques dans l'ADN:

L'ADN peut être modifié chimiquement par alkylation ou méthylation pour laquelle les enzymes nécessaires sont présentes dans la cellule. Les réactions affectent des bases nucléotidiques particulières de l'ADN qui, à leur tour, altèrent d'autres résultats. Parmi ceux-ci, la méthylation n'a lieu qu'après la réplication de l'ADN et cette réaction doit donc avoir lieu à chaque fois que la réplication de l'ADN est terminée.

II. Contrôle de la différenciation au niveau de la transcription:

Au niveau de la transcription au cours du processus de synthèse des protéines, les divers gènes présents dans les chromosomes d’un embryon en développement peuvent être contrôlés par les méthodes suivantes.

1. Régulation des gènes par les histones:

Une molécule d'ADN double brin possède des groupes acides libres d'acide phosphorique sur leur surface extérieure et ceux-ci peuvent établir des liaisons fermes avec les groupes NH ⁺² des aminoacides basiques des chaînes d'histone. Cette association intime d'ADN et d'histones empêche l'ADN d'interagir avec d'autres substances présentes dans le cytoplasme, servant ainsi de matrice pour la production d'ARN. Les histones inhibent la synthèse de l'ARN amorcé par l'ADN afin de diminuer l'activité de l'ADN polymérase. Ainsi, les histones servent de répresseurs.

2. Régulation des gènes par les protéines acides:

Ce sont des phosphoprotéines non-histones, avec le tryptophane et la tyrosine comme constituants principaux. Ces protéines restent intimement associées à l'ADN (complexe sans histones) et sont considérées comme plus vitales pour les histones de régulation des gènes.

Le complexe ADN-histone reste inerte vis-à-vis de la transcription, de sorte que les protéines acides interagissent avec des histones basiques, plaçant les histones de certains gènes critiques en tant que promoteurs, de sorte que les gènes puissent être transcrits.

3. Régulation des gènes par hétérochromatisation:

L'hétérochromatine d'interphase joue un rôle spécifique dans la régulation des gènes. Par exemple, la synthèse des protéines est très moindre chez les êtres humains où les cellules sanguines contiennent de grandes masses d’hétérochromatine condensée, tandis que dans les globules blancs, la synthèse des protéines est très inférieure en raison de l’absence d’hétérochromatine condensée.

III. Contrôle de la différenciation au niveau de la traduction:

Le message véhiculé par l'ARNm doit être décodé et les acides aminés nécessaires doivent être choisis jusqu'à la formation des diverses protéines. Cela implique plusieurs étapes, de sorte qu'il est toujours possible que différents contrôles existent à chaque niveau.

Les mécanismes de réglementation importants qui existent au niveau de la traduction sont les suivants:

1. Mouvement de l'ARNm du noyau au cytoplasme:

Il est possible que tous les ARNm qui quittent le noyau n'atteignent pas le cytoplasme. Il peut y avoir une perte de bits d'ARNm, ce qui signifie que la traduction peut ne pas être correcte. Si une partie de l'ARNm ne peut pas atteindre le cytoplasme, la traduction peut également être différente.

2. Conservation de la dégradation de l'ARNm dans le noyau:

L'ARNm peut être transmis au cytoplasme ou peut être dégradé ou décomposé en raison de divers facteurs. Une dégradation peut se produire dans certaines parties des brins d'ARNm, entraînant une traduction différentielle.

3. Masquage de l'ARNm:

Une fois que l'ARNm est masqué, la traduction est impossible. Le masquage nécessite l'intervention d'un autre agent. Le masquage peut ne pas être complet mais partiel, ce qui entraîne des différences de traduction.

4. Effet de molécules régulatrices spécifiques sur l'ARNm:

Certaines molécules régulatrices présentes dans le cytoplasme peuvent s'associer à l'ARNm et empêcher ainsi l'ARNm de jouer leur rôle dans la traduction. L'association peut être partielle ou complète.

5. Destruction de l'ARNm:

Parfois, l'ARNm peut atteindre les ribosomes intacts mais peut être détruit en raison de certaines forces pouvant exister. Cela empêche ou modifie le travail de traduction, entraînant ainsi une différenciation.

6. Inactivation du ribosome:

Les ribosomes qui jouent normalement un rôle important dans la synthèse des protéines peuvent être inactivés de sorte que des protéines particulières ne puissent pas être formées. Après un certain temps, le ribosome peut également être activé. Ce phénomène entraîne des interruptions temporaires de la traduction.

7. Modifications du repliement des chaînes polypeptidiques naissantes:

Au cours de la synthèse des protéines, les chaînes polypeptidiques forment le précurseur des protéines. Cela se produit en se pliant. Toute modification du modèle de pliage peut altérer la structure et entraîner une différenciation.

8. Modification des facteurs influençant la synthèse des protéines:

De nombreux facteurs tels que les hormones, les enzymes, etc. entraînent une différenciation en influençant le chemin de la synthèse des protéines. Les hormones se sont révélées très efficaces dans cette direction, et elles provoquent ces changements par différentes voies.

Ils peuvent agir en tant que dépresseurs de gènes. Quand une injection d'hydrocortisone a été administrée à des rats, le taux de synthèse de l'ARN a augmenté dans le foie. De même, si des œstrogènes sont injectés, l'endomètre utérin présente une grande activité. On remarque que la cortisone stimule les sécrétions des quatre enzymes: tryptophane pyrrolase, tyrosine transaminase, glutamique alanine transaminase et arginase. Les hormones peuvent également influer sur l'activité enzymatique au niveau de la traduction. Les hormones affectent l'activité des gènes chromosomiques en se localisant dans le noyau. Les hormones sont plus spécifiques à un organe qu'à un gène.