Avant-proposix
Partie I Fondements chimiques et moléculaires
1 Évolution : molécules, gènes, cellules et organismes
1
1.1 Les molécules de la vie
6
Les protéines donnent leur structure aux cellules et effectuent la plupart des tâches cellulaires7
Les acides nucléiques transportent l'information codée pour fabriquer des protéines aux moments et aux endroits adéquats8
Les phospholipides sont les éléments de construction conservés de toutes les membranes cellulaires11
Un contrôle qualité de l'ensemble des macromolécules cellulaires est essentiel à la vie12
1.2 La structure et la fonction des cellules procaryotes
12
Les procaryotes appartiennent à deux règnes : les archaebactéries et les eubactéries14
De nombreuses bactéries, y compris Escherichia coli, sont largement utilisées pour la recherche en biologie14
1.3 La structure et la fonction des cellules eucaryotes
14
Le cytosquelette remplit de nombreuses fonctions importantes15
Le noyau contient le génome d'ADN, les dispositifs nécessaires à la synthèse de l'ADN et de l'ARN ainsi qu'une matrice fibreuse15
Le réticulum endoplasmique est le site de synthèse de la plupart des protéines membranaires et sécrétées ainsi que de nombreux lipides17
Le complexe de Golgi assure le tri des protéines sécrétées et de nombreuses protéines membranaires jusqu'à leur destination finale dans la cellule18
Les endosomes transportent les protéines et les particules de l'extérieur vers l'intérieur des cellules18
Les lysosomes sont des centres de recyclage cellulaire19
Les vacuoles des plantes stockent de l'eau, des ions et de petites molécules de nutriments tels que des sucres et des acides aminés19
Les peroxysomes et les glyoxysomes des plantes métabolisent les acides gras et d'autres petites molécules sans produire d'ATP à partir d'ADP et de Pi19
Les mitochondries sont les principaux sites de production de l'ATP dans les cellules aérobies20
Les chloroplastes contiennent des compartiments internes dans lesquels se déroule la photosynthèse21
De nombreuses structures semblables à des organites ne sont pas délimitées par une membrane21
Toutes les cellules eucaryotes utilisent un cycle similaire pour réguler leur division21
Les organismes eucaryotes unicellulaires fréquemment utilisés pour la recherche en biologie cellulaire22
Les levures sont utilisées pour étudier les aspects fondamentaux de la structure et de la fonction des cellules eucaryotes22
Les mutations chez la levure ont permis d'identifier des protéines essentielles du cycle cellulaire24
Des études sur l'algue Chlamydomonas reinhardtii ont permis de développer une technique puissante pour étudier la fonction cérébrale25
Le parasite responsable du paludisme possède de nouveaux organites qui lui permettent de suivre un cycle biologique remarquable25
1.5 Structure, fonction, évolution et différenciation des métazoaires
27
La pluricellularité exige des adhérences cellule-cellule et cellule-matrice27
L'épithélium est apparu tôt au cours de l'évolution27
Les cellules sont organisées en tissus et les tissus, en organes27
La génomique a révélé des aspects importants de l'évolution des métazoaires et de la fonction cellulaire28
Le développement utilise un ensemble conservé de facteurs transcriptionnels maîtres et implique des modifications épigénétiques de l'ADN et de ses protéines histones associées29
1.6 Les organismes métazoaires largement utilisés pour la recherche en biologie cellulaire
31
Drosophila melanogaster et Caenorhabditis elegans sont utilisés pour identifier les gènes qui régulent le développement animal31
Les planaires sont utilisées pour étudier les cellules souches et la régénération des tissus32
Les études menées sur les poissons, les souris et d'autres organismes vertébrés contribuent à l'étude des maladies et du développement humain32
Les maladies génétiques humaines révèlent des aspects importants de la fonction cellulaire32
Des expériences de séquençage unicellulaire sans biais permettent d'identifier de nombreux types cellulaires nouveaux33
Les chapitres suivants décriront de nombreuses techniques expérimentales et fourniront bien davantage de données expérimentales qui expliquent l'origine de nos connaissances sur la structure et la fonction cellulaires33
2 Les fondements chimiques
34
2.1 Les liaisons covalentes et les interactions non covalentes
36
La structure électronique d'un atome détermine le nombre et la géométrie des liaisons covalentes auxquelles il peut participer36
Les liaisons covalentes ne sont pas toutes équivalentes : les électrons peuvent être partagés de manière égale ou inégale à l'intérieur des liaisons covalentes37
Les liaisons covalentes sont bien plus solides et bien plus stables que les interactions non covalentes39
Les liaisons ioniques sont des interactions non covalentes formées par l'attraction électrostatique entre des ions de charges opposées39
Les liaisons hydrogène sont des interactions non covalentes qui déterminent les propriétés de l'eau et la solubilité des molécules non chargées dans l'eau40
Les interactions de van der Waals sont des interactions attractives faibles créées par des dipôles transitoires41
L'effet hydrophobe provoque l'adhérence des molécules non polaires entre elles42
La complémentarité moléculaire due aux interactions covalentes conduit à un ajustement de type clé- serrure entre les biomolécules43
2.2 Les éléments chimiques de construction des cellules
44
Les protéines sont constituées d'acides aminés qui diffèrent uniquement par leur chaîne latérale45
Cinq nucléotides différents sont utilisés pour construire les acides nucléiques48
Les monosaccharides s'associent covalemment en polysaccharides linéaires ou ramifiés49
Les phospholipides s'associent par des liaisons non covalentes pour former la structure élémentaire en bicouche des biomembranes51
2.3 Les réactions chimiques et l'équilibre chimique
54
Une réaction chimique est en équilibre lorsque la vitesse de la réaction directe est égale à la vitesse de la réaction inverse55
La constante d'équilibre reflète l'avancée d'une réaction chimique55
Les réactions chimiques sont dans un état stationnaire dans les cellules55
Les constantes de dissociation des réactions de liaison reflètent l'affinité des molécules en interaction56
Les liquides biologiques possèdent des valeurs caractéristiques de pH57
Les ions hydrogène sont libérés par des acides et captés par des bases58
Les tampons maintiennent le pH des liquides intracellulaires et extracellulaires58
2.4 L'énergétique biochimique
60
Plusieurs formes d'énergie sont importantes dans les systèmes biologiques60
Les cellules sont capables de transformer un type d'énergie en un autre61
Le changement d'énergie libre détermine si une réaction chimique se produira spontanément61
Le AG°' d'une réaction peut être calculée à partir de son Keq63
La vitesse d'une réaction dépend de l'énergie d'activation nécessaire pour que les réactifs atteignent un état de transition63
La vie dépend du couplage de réactions chimiques défavorables et de réactions chimiques énergétiquement favorables64
L'hydrolyse d'ATP libère une énergie libre importante et alimente de nombreux processus cellulaires64
De l'ATP est produit pendant la photosynthèse et la respiration65
Le NAD+ et le FAD assurent le couplage de nombreuses réactions biologiques d'oxydation et de réduction66
3 La structure et la fonction des proteines
70
3.1 La structure hiérarchique des protéines
72
La structure primaire d'une protéine est sa séquence linéaire d'acides aminés72
Les structures secondaires sont les éléments fondamentaux de l'architecture des protéines74
Les motifs structuraux sont des combinaisons régulières des structures secondaires76
La structure tertiaire est le reploiement global d'une chaîne polypeptidique77
Les différentes manières de décrire la conformation des protéines fournissent des types distincts d'informations78
Les domaines sont des modules de structure tertiaire79
Comparer les séquences et les structures des protéines fournit des informations sur les fonctions des protéines et l'évolution80
Il existe quatre grandes catégories structurales de protéines82
De multiples polypeptides s'assemblent en structures quaternaires, complexes supramoléculaires et condensats biomoléculaires83
3.2 Le reploiement des protéines
87
Les liaisons peptidiques planes limitent les formes suivant lesquelles les protéines peuvent se replier87
Le reploiement des protéines est catalysé par des proline isomérases88
La séquence d'acides aminés d'une protéine détermine la façon dont elle se replie88
Le reploiement des protéines in vivo est facilité par des chaperons89
Des protéines anormalement repliées peuvent former des plaques amyloïdes impliquées dans des maladies94
3.3 La liaison des protéines et la catalyse enzymatique
95
La fixation spécifique des ligands sous-tend les fonctions de la plupart des protéines95
Les enzymes sont des catalyseurs hautement spécifiques et efficaces97
Le site actif d'une enzyme fixe des substrats et effectue la catalyse97
Les protéases à sérine démontrent comment fonctionne le site actif d'une enzyme99
Des enzymes appartenant à la même voie sont souvent associées physiquement les unes aux autres103
3.4 La régulation de la fonction des protéines
104
La régulation de la synthèse et de la dégradation des protéines est une propriété fondamentale des cellules104
Le protéasome est une machine moléculaire utilisée pour dégrader les protéines104
L'ubiquitine marque les protéines cytosoliques pour qu'elles soient dégradées dans les protéasomes106
La liaison non covalente permet la régulation allostérique ou coopérative des protéines107
La fixation non covalente du calcium et celle du GTP sont largement utilisées comme commutateurs allostériques pour contrôler l'activité des protéines108
La modification covalente des protéines permet de réguler leurs activités110
La phosphorylation et la déphosphorylation régulent l'activité protéique de manière covalente110
La structure et la fonction de la protéine kinase A est typique de nombreuses kinases110
L'activité des protéines kinases est souvent régulée par la phosphorylation de la kinase111
L'ubiquitination et la désubiquitination régulent l'activité protéique de manière covalente113
Le clivage protéolytique active ou inactive de manière irréversible certaines protéines114
La régulation d'ordre supérieur comprend le contrôle de la position et de la concentration des protéines115
3.5 Purifier, détecter et caractériser les protéines
116
La centrifugation permet de séparer des particules de masse ou de densité différente116
L'électrophorèse sépare les molécules en fonction de leur rapport charge : masse117
La chromatographie en phase liquide sépare les protéines en fonction de leur masse, leur charge ou leur affinité de liaison119
Des tests utilisant des enzymes et des anticorps hautement spécifiques permettent de détecter des protéines individuelles121
Les radio-isotopes sont des outils indispensables pour détecter des molécules biologiques124
La spectrométrie de masse permet de déterminer la masse et la séquence des protéines126
La structure primaire d'une protéine peut être déterminée à l'aide de techniques chimiques et à partir de séquences de gènes128
La conformation des protéines est déterminée grâce à des techniques physiques sophistiquées129
3.6 La protéomique
132
La protéomique est l'étude de toutes les protéines ou d'un grand sous-groupe de protéines dans un système biologique132
Les techniques avancées de spectrométrie de masse sont essentielles pour l'analyse protéomique133
4 Cultiver et visualiser les cellules
138
4.1 Faire pousser et étudier des cellules en culture
139
La culture des cellules animales nécessite un milieu riche en nutriments et des surfaces solides particulières139
Les cultures cellulaires primaires et les souches cellulaires ont une durée de vie finie140
Les cellules transformées peuvent croître indéfiniment en culture140
La cytométrie en flux permet de séparer des types cellulaires différents141
La croissance des cellules dans des cultures bidimensionnelles et tridimensionnelles imite l'environnement in vivo142
Les cellules souches peuvent se différencier en culture pour former des organoïdes143
Les hybridomes produisent des anticorps monoclonaux abondants144
Une grande variété de processus biologiques cellulaires peut être étudiée grâce à des cellules en culture146
Les médicaments sont couramment utilisés pour la recherche en biologie cellulaire146
4.2 La microscopie photonique : explorer la structure des cellules et visualiser les protéines dans les cellules
148
La résolution du microscope photonique traditionnel est voisine de 0,2 ?m150
La microscopie à contraste de phase et la microscopie à contraste interférentiel différentiel permettent d'observer des cellules vivantes non marquées150
Obtenir l'image de détails subcellulaires nécessite souvent la fixation, la coupe et le marquage des échantillons151
La microscopie à fluorescence permet de localiser et de quantifier des molécules spécifiques dans des cellules vivantes152
Les concentrations ioniques intracellulaires peuvent être déterminées grâce à des colorants fluorescents sensibles aux ions152
La microscopie à immunofluorescence permet de détecter des protéines spécifiques dans des cellules fixées153
Le marquage par des protéines fluorescentes permet de visualiser des protéines spécifiques dans les cellules vivantes154
La microscopie confocale et la microscopie à déconvolution fournissent des images fines d'objets fluorescents en trois dimensions155
La microscopie à excitation biphotonique permet d'obtenir des images en profondeur dans des échantillons tissulaires157
La microscopie TIRF fournit des images exceptionnelles dans un plan focal158
La microscopie FRAP révèle la dynamique des composants cellulaires159
Le FRET mesure les distances entre des fluorochromes160
L'optogénétique permet à la lumière de réguler des événements de manière spatiale et temporelle162
Les objets fluorescents éclairés par une source ponctuelle peuvent être localisés à une résolution de l'ordre du nanomètre162
La microscopie à super-résolution permet de localiser les protéines avec une précision de l'ordre du nanomètre163
La microscopie à feuillet de lumière permet d'obtenir rapidement des images des cellules dans des tissus vivants165
4.3 La microscopie électronique : une imagerie à haute résolution
166
Des molécules ou des structures isolées peuvent être observées après un marquage négatif ou un ombrage métallique167
Les cellules et les tissus sont sectionnés en coupes fines pour être observés par microscopie électronique168
La microscopie immunoélectronique permet de localiser les protéines au niveau ultra structural169
La microscopie cryoélectronique permet de visualiser des échantillons sans les fixer ni les marquer169
La microscopie électronique à balayage d'échantillons recouverts de métal révèle les caractéristiques de surface170
4.4 L'isolement des organites cellulaires
172
La rupture des cellules permet de libérer leurs organites et leurs autres constituants173
La centrifugation permet de séparer de nombreux types d'organites173
Les anticorps spécifiques des organites sont utiles pour préparer des organites hautement purifiés174
La protéomique révèle la composition en protéines des organites175
Partie II Génétique et biologie moléculaire
5 Les mécanismes génétiques moléculaires fondamentaux
177
5.1 La structure en double hélice de l'ADN
179
L'ADN natif est une double hélice constituée de brins antiparallèles complémentaires180
Les brins d'ADN peuvent se séparer de manière réversible 182 Les molécules d'ADN peuvent subir des contraintes de torsion184
5.2 La réplication de l'ADN
185
Les ADN polymérases ont besoin d'une matrice et d'une amorce pour répliquer l'ADN185
L'ADN double brin est déroulé et les brins fils sont formés au niveau de la fourche de réplication de l'ADN186
Une fourche de réplication avance en coopérant avec plusieurs protéines187
La réplication de l'ADN se déroule dans les deux sens à partir de chaque origine189
5.3 La réparation et la recombinaison de l'ADN
190
Les lésions chimiques ou dues aux radiations dans l'ADN peuvent créer des mutations191
Les systèmes de réparation de l'ADN par excision à haute fidélité reconnaissent et réparent les lésions191
L'excision des bases répare les mésappariements T·G et les bases endommagées192
L'excision des mésappariements répare d'autres mésappariements et de petites insertions ou délétions192
L'excision des nucléotides répare les adduits chimiques qui déforment l'ADN193
Deux systèmes utilisent la recombinaison pour réparer les cassures doubles brins dans l'ADN193
La recombinaison homologue peut réparer des lésions dans l'ADN et créer de la diversité génétique194
5.3 La transcription des gènes codant des protéines et la formation de l'ARNm
199
Un brin matrice d'ADN est transcrit par l'ARN polymérase en un brin complémentaire d'ARN200
Les ARNm précurseurs eucaryotes subissent une maturation pour former des ARNm fonctionnels202
L'épissage alternatif de l'ARN augmente le nombre de protéines exprimées à partir d'un seul gène eucaryote204
5.4 Le décodage de l'ARNm par les ARNt
205
L'ARN messager porte l'information provenant de l'ADN, organisée en un code génétique à trois lettres206
La structure repliée de l'ARNt favorise ses fonctions de décodage207
Un appariement non standard des paires de bases se produit souvent entre les codons et les anticodons 208 Les acides aminés sont liés à leurs ARNt isoaccepteurs avec une grande précision209
5.5 La synthèse des protéines sur les ribosomes, étape par étape
210
Les ribosomes sont les machines de synthèse des protéines210
Le méthionyl-ARNtiMet reconnaît le codon d'amorçage AUG212
L'amorçage de la traduction chez les eucaryotes se produit généralement au niveau du premier codon AUG en aval de l'extrémité 5'd'un ARNm213
Au cours de l'allongement de la chaîne, chaque aminoacyl-ARNt entrant passe par trois sites ribosomiques213
La traduction est terminée par des facteurs de relargage lorsqu'un codon stop est atteint216
Les polysomes et le recyclage rapide des ribosomes augmentent l'efficacité de la traduction217
Les protéines de la superfamille des GTPases interviennent dans plusieurs étapes du contrôle qualité de la traduction218
Il est possible de dépasser des mutations non-sens en supprimant des mutations dans l'ARNt218
5.6 Les virus : des parasites du système génétique des cellules
219
La plupart des gammes d'hôtes des virus sont limitées219
Les capsides virales sont des successions régulières d'un ou de quelques types de protéines220
Les cycles de croissance des virus lytiques aboutissent à la mort des cellules hôtes221
L'ADN viral s'intégre dans le génome de la cellule hôte lors de certains cycles non lytiques de croissance virale222
6 Les techniques de la génétique moléculaire
227
6.1 L'analyse génétique des mutations pour identifier et étudier les gènes
228
Les allèles mutants récessifs et dominants ont généralement des effets opposés sur la fonction d'un gène229
La ségrégation des mutations dans les expériences de croisement révèle la dominance ou la récessivité230
On peut utiliser des mutations conditionnelles pour étudier des gènes essentiels chez la levure231
Les mutations létales récessives chez les diploïdes peuvent être identifiées par endogamie et conservées chez des hétérozygotes232
Les tests de complémentation permettent de déterminer si des mutations récessives différentes se trouvent dans le même gène233
Les doubles mutants sont utiles pour déterminer l'ordre dans lequel interviennent les protéines234
La suppression génétique et la létalité synthétique peuvent révéler l'interaction ou la redondance des protéines235
L'analyse globale de combinaisons de doubles mutants peut révéler des réseaux de fonctions de gènes236
6.2 Le clonage et la caractérisation de l'ADN
237
Les enzymes de restriction et les ADN ligases permettent l'insertion de fragments d'ADN dans des vecteurs de clonage238
Des fragments isolés d'ADN peuvent être clonés dans des vecteurs plasmidiques d'E. coli.239
Les banques génomiques de levure peuvent être construites à l'aide de vecteurs navettes et subir un criblage par complémentation fonctionnelle240
Les banques d'ADNc représentent les séquences de gènes codant des protéines241
La réaction en chaîne par polymérase amplifie une séquence spécifique d'ADN à partir d'un mélange complexe242
Les molécules clonées d'ADN peuvent être séquencées rapidement par des méthodes basées sur la PCR245
6.3 Utiliser l'information contenue dans la séquence pour identifier les gènes et en déduire leurs fonctions
248
La plupart des gènes peuvent être facilement identifiés dans des séquences d'ADN génomique249
Les principes de la bioinformatique peuvent être utilisés pour déduire les conséquences fonctionnelles probables des mutations249
La fonction et les origines des gènes et des protéines au cours de l'évolution peuvent être déduites de leur séquence250
La comparaison de séquences apparentées appartenant à différentes espèces peut fournir des indices sur les relations des protéines au cours de l'évolution250
La complexité biologique d'un organisme n'est pas liée directement au nombre de gènes codant des protéines dans son génome252
6.4 Localiser et identifier les gènes qui spécifient les caractères humains
253
Les maladies mono géniques présentent l'un des trois modes de transmission possibles253
Les polymorphismes d'ADN sont utilisés comme marqueurs pour la cartographie de liaison génétique des mutations humaines255
Les études de liaison génétique permettent de cartographier des gènes de maladies avec une résolution proche de 1 Mpb256
Il faut une analyse plus précise pour localiser un gène de maladie dans un ADN cloné257
La plupart des maladies héréditaires sont dues à de multiples défauts génétiques258
Identifier les facteurs de risque génétiques des caractères complexes258
Des gènes importants d'un point de vue médical peuvent être identifiés grâce aux allèles qui protègent de la maladie259
L'identification des mutations responsables dans les cellules cancéreuses260
6.5 Utiliser des fragments clonés d'ADN pour étudier l'expression des gènes
260
Les techniques d'hybridation in situ permettent de détecter des ARN spécifiques261
Les micro-alignements d'ADN peuvent être utilisés pour évaluer simultanément l'expression de nombreux gènes261
L'analyse de groupes de gènes par de multiples expériences d'expression permet d'identifier des gènes co-régulés263
Le séquençage des ADNc permet l'analyse de l'expression des gènes dans les cellules individuelles263
Les systèmes d'expression d'E.coli peuvent produire de grandes quantités de protéines à partir de gènes clonés264
Les vecteurs plasmidiques d'expression peuvent être conçus pour être utilisés dans des cellules animales265
6.6 Modifier la fonction de gènes spécifiques grâce à la conception
268
On peut remplacer des gènes normaux de levure par des allèles mutants, par recombinaison homologue268
Les systèmes CRISPR modifiés par génie génétique permettent une édition précise du génome269
La recombinaison des cellules somatiques peut inactiver des gènes dans des tissus spécifiques de souris272
L'ARN interférence provoque l'inactivation des gènes en détruisant l'ARNm correspondant272
7 Les gènes, la chromatine et les chromosomes
277
7.1 La structure et l'organisation des gènes eucaryotes
278
La plupart des gènes d'eucaryotes pluricellulaires contiennent des introns et produisent des ARNm codant des protéines uniques279
On trouve des unités de transcription simples et complexes dans les génomes eucaryotes280
Les gènes codant des protéines peuvent être solitaires ou appartenir à une famille de gènes282
Les produits des gènes abondamment utilisés sont codés par de multiples exemplaires de gènes284
Les gènes qui ne codent pas de protéine codent des ARN fonctionnels284
7.2 L'organisation chromosomique des gènes et de l'ADN non codant
286
Les génomes de nombreux organismes contiennent une fraction importante d'ADN non codants286
La plupart des ADN de séquence simple sont concentrés en des positions chromosomiques spécifiques286
La prise d'empreintes génétiques d'ADN repose sur des différences de longueur des ADN de séquence simple287
L'ADN intergénique non classifié occupe une partie importante du génome288
7.3 Les éléments transposables (mobiles) de l'ADN
289
Le déplacement des éléments mobiles implique un intermédiaire d'ADN ou d'ARN289
La plupart des éléments mobiles chez les bactéries sont des transposons d'ADN appelés séquences d'insertion290
Les transposons eucaryotes d'ADN se déplacent en utilisant un mécanisme de « couper-coller »291
Les rétrotransposons à LTR se comportent comme des rétrovirus intracellulaires292
Les rétrotransposons sans LTR se transposent grâce à un mécanisme différent295
D'autres ARN rétrotransposés sont présents dans l'ADN génomique297
Les éléments mobiles d'ADN ont significativement influencé l'évolution298
7.4 L'organisation structurale de la chromatine et des chromosomes eucaryotes
300
La chromatine est constituée de nucléosomes300
La structure de la chromatine est conservée parmi les eucaryotes303
La chromatine est une chaîne désordonnée de nucléosomes empaquetés ensemble à des densités de concentration différentes dans le noyau303
Les modifications des queues d'histones contrôlent la condensation de la chromatine et sa fonction304
D'autres protéines non histones régulent la transcription et la réplication311
7.5 La morphologie et les éléments fonctionnels des chromosomes eucaryotes
313
Le nombre, la taille et la forme des chromosomes lors de la métaphase sont spécifiques de chaque espèce313
Au cours de la métaphase, on peut distinguer les chromosomes par leur profil de bandes et par peinture chromosomique313
La peinture chromosomique et le séquençage de l'ADN révèlent l'évolution des chromosomes313
Les chromosomes polytènes interphasiques apparaissent par amplification de l'ADN316
Trois éléments fonctionnels sont nécessaires à la réplication et à la transmission stable des chromosomes318
La longueur et la complexité des séquences centromériques sont très variables318
L'addition de séquences télomériques par la télomérase empêche le raccourcissement des chromosomes319
8 Contrôle transcriptionnel de l'expression génique
323
8.1 Aperçu de la transcription eucaryote
326
Les éléments régulateurs dans l'ADN eucaryote se trouvent à la fois à proximité et à plusieurs kilobases des sites de début de la transcription327
Trois ARN polymérases nucléaires eucaryotes catalysent la formation de différents ARN329
Le domaine clamp permet à l'ARN polymérase II de transcrire de longs segments d'ADN331
La plus grande sous-unité de l'ARN polymérase II possède une répétition essentielle à l'extrémité carboxylique332
8.2 Promoteurs de l'ARN polymérase II et facteurs de transcription généraux
333
L'ARN polymérase II initie la transcription au niveau des séquences d'ADN correspondant à la coiffe 5' des ARNm333
La boîte TATA, les initiateurs et les îlots CpG fonctionnent comme des promoteurs dans l'ADN eucaryote333
Les facteurs de transcription généraux positionnent l'ARN polymérase II aux sites de début de transcription et contribuent à l'initiation336
Les facteurs d'élongation régulent les étapes initiales de la transcription dans la région proximale du promoteur339
8.3 Séquences régulatrices des gènes codant des protéines et les protéines par lesquelles ils fonctionnent
340
Les éléments proximaux du promoteur contribuent à la régulation des gènes eucaryotes340
Des amplificateurs distants stimulent souvent la transcription par l'ARN polymérase II341
La plupart des gènes eucaryotes sont régulés par plusieurs éléments de contrôle de la transcription342
L'empreinte à la DNase I et l'EMSA détectent les interactions protéine-ADN343
Les activateurs sont composés de domaines fonctionnels distincts345
Un répresseur est l'inverse fonctionnel d'un activateur346
Les domaines de liaison à l'ADN peuvent être classés en de nombreux types structurels347
Des domaines d'activation et de répression de structure diverse régulent la transcription349
Les interactions entre facteurs de transcription augmentent les possibilités de contrôle des gènes350
Formation de complexes multiprotéiques sur les amplificateurs352
8.4 Mécanismes moléculaires de la répression et de l'activation de la transcription
354
La formation de l'hétérochromatine réduit au silence l'expression génique à hauteur des télomères, près des centromères et dans d'autres régions354
Les répresseurs peuvent diriger la désacétylation des histones sur des gènes spécifiques355
Les activateurs peuvent diriger l'acétylation des histones sur des gènes spécifiques358
Les complexes de remodelage de la chromatine contribuent à l'activation ou à la répression de la transcription358
Les facteurs de transcription pionniers initient l'activation génique pendant la différenciation cellulaire359
Le complexe Mediator forme un pont moléculaire entre les domaines d'activation et la Pol II359
Les condensats transcriptionnels augmentent considérablement le taux d'initiation de la transcription361
La transcription se produit en rafales365
8.5 Régulation de l'activité des facteurs de transcription
366
Les sites hypersensibles à la DNase I reflètent l'histoire du développement de la différenciation cellulaire366
Les récepteurs nucléaires sont régulés par des hormones liposolubles368
Tous les récepteurs nucléaires partagent un domaine de structure commune368
Les éléments de réponse des récepteurs nucléaires contiennent des répétitions inversées ou directes369
La liaison d'une hormone à un récepteur nucléaire régule son activité en tant que facteur de transcription369
Les métazoaires régulent la transition de l'ARN polymérase II de l'initiation à l'élongation370
La terminaison de la transcription est également régulée371
8.6 Régulation épigénétique de la transcription
372
La méthylation de l'ADN régule la transcription372
La méthylation de lysines spécifiques d'histones est liée aux mécanismes épigénétiques de répression des gènes373
Contrôle épigénétique par les complexes Polycomb et Trithorax375
Les longs ARN non codants dirigent la répression épigénétique chez les métazoaires377
8.7 Autres systèmes eucaryotes de transcription
380
L'initiation de la transcription par Pol I et Pol III est analogue à celle de Pol II380
9 Le contrôle post-transcriptionnel des gènes
384
9.1 La maturation des pré-ARNm eucaryotes
387
La coiffe en 5' est ajoutée aux ARN naissants peu après l'initiation de la transcription387
L'élongation de la chaîne par l'ARN polymérase II est couplé à la présence de facteurs de maturation de l'ARN388
Un ensemble diversifié de protéines avec des domaines conservés de liaison à des ARN s'associe aux pré-ARNm389
L'épissage se produit à hauteur de séquences courtes et conservées dans les pré-ARNm par deux réactions de transestérification391
Au cours de l'épissage, les ARNsn s'apparient aux bases du pré-ARNm pour sélectionner les sites d'épissage et guider les réactions de transestérification392
Les splicéosomes catalysent l'épissage des pré-ARNm393
Le clivage en 3' et la polyadénylation des pré-ARNm sont étroitement couplés398
9.2 Régulation de la maturation des pré-ARNm
400
D'autres protéines nucléaires contribuent à la sélection des sites d'épissage dans les longs pré-ARNm de l'homme et des autres vertébrés400
Expression et fonction des isoformes de protéines apparentées de canal K+ dans les cellules ciliées de l'oreille interne des vertébrés402
La régulation de l'épissage de l'ARN par les amplificateurs et les inactivateurs d'épissage contrôle la différenciation sexuelle de la drosophile.403
Les répresseurs et activateurs d'épissage contrôlent l'épissage aux sites alternatifs404
Expression des isoformes de Dscam dans les neurones rétiniens de la drosophile404
Épissage anormal de l'ARN et maladie405
Les introns du groupe II auto-épissés fournissent des indices sur l'évolution des ARNsn408
Les exonucléases nucléaires et l'exosome dégradent l'ARN exclu des pré-ARNm409
La maturation de l'ARN résout le problème de la transcription pervasive du génome dans les cellules de mammifères410
L'édition de l'ARN modifie les séquences de certains pré-ARNm411
9.3 Transport de l'ARNm à travers l'enveloppe nucléaire
412
Les protéines SR assurent l'exportation nucléaire de l'ARNm413
Les pré-ARNm associés aux splicéosomes ne sont pas exportés du noyau414
La protéine Rev du VIH régule le transport des ARNm viraux non épissés415
9.4 Mécanismes cytoplasmiques de contrôle post-transcriptionnel
417
La concentration d'un ARNm dans le cytoplasme est déterminée par sa vitesse de synthèse et sa vitesse de dégradation.417
La dégradation des ARNm dans le cytoplasme se produit par plusieurs mécanismes417
Les microARN répriment la traduction et induisent la dégradation d'ARNm spécifiques419
L'interférence par ARN induit la dégradation d'ARNm strictement complémentaires421
La polyadénylation cytoplasmique favorise la traduction de certains ARNm422
La synthèse des protéines peut être régulée de manière globale423
Les protéines de liaison à l'ARN spécifiques de séquence contrôlent la traduction d'ARNm spécifiques424
Des mécanismes de surveillance empêchent la traduction d'ARNm de maturation incorrecte425
La localisation des ARNm permet la production de protéines dans des régions spécifiques du cytoplasme.428
9.5 Maturation des ARNr et des ARNt
431
Les gènes des pré-ARNr sont similaires chez tous les eucaryotes et fonctionnent comme organisateurs nucléolaires431
Les petits ARN nucléolaires contribuent à la maturation des pré-ARNr432
Les introns du groupe I auto-épissés ont été les premiers exemples d'ARN catalytique436
Les pré-ARNt subissent d'importantes modifications dans le noyau436
9.6 Les corps nucléaires sont des domaines nucléaires fonctionnellement spécialisés
438
Corps de Cajal438
Speckles nucléaires438
Paraspeckles nucléaires439
Corps nucléaires de la leucémie promyélocytaire (LPM)439
Fonctions nucléolaires en plus de la synthèse des sous- unités ribosomiques440
10 Structure des biomembranes
442
10.1 La bicouche lipidique : composition et organisation structurelle
444
Les phospholipides forment spontanément des bicouches444
Les bicouches phospholipidiques forment un compartiment scellé entourant un espace aqueux interne445
Les biomembranes contiennent trois classes principales de lipides447
La plupart des lipides et de nombreuses protéines sont mobiles latéralement dans les biomembranes449
La composition des lipides influe sur les propriétés physiques des membranes450
La composition lipidique diffère entre feuillets exoplasmique et cytosolique452
Le cholestérol et les sphingolipides se regroupent avec des protéines spécifiques dans des microdomaines membranaires453
Les cellules stockent les lipides excédentaires dans des gouttelettes lipidiques454
10.2 Protéines membranaires : structure et fonctions de base
455
Les protéines interagissent avec les membranes de trois manières différentes455
La plupart des protéines transmembranaires contiennent des hélices a qui traversent la membrane455
Les multiples brins ? des porines forment des « barils » s'étendant sur toute la membrane458
Des lipides attachés de manière covalente ancrent certaines protéines aux membranes459
Toutes les protéines transmembranaires et les glycolipides sont orientés de manière asymétrique dans la bicouche460
Les motifs de liaison aux lipides aident à cibler les protéines périphériques sur la membrane461
Les protéines peuvent être extraites des membranes par des détergents ou des solutions salines concentrées461
10.3 Phospholipides, sphingolipides et cholestérol : synthèse et mouvement intracellulaire
464
Les acides gras sont assemblés à partir de blocs de construction à deux carbones par plusieurs enzymes importantes.464
De petites protéines cytosoliques facilitent le mouvement des acides gras464
Les acides gras sont incorporés dans les phospholipides principalement de la membrane du RE465
Les flippases déplacent les phospholipides d'un feuillet membranaire au feuillet opposé465
Le cholestérol est synthétisé par des enzymes dans le cytosol et la membrane du RE466
Le cholestérol et les phospholipides sont transportés entre les organites par plusieurs mécanismes467
Partie III Structure et fonction de la cellule
11 Transport transmembranaire des ions
470
11.1 Aperçu du transport transmembranaire
471
Seuls les gaz et les petites molécules non chargées traversent les membranes par simple diffusion471
Trois grandes classes de protéines membranaires transportent les molécules et les ions à travers les membranes cellulaires472
11.2 Transport facilité du glucose et de l'eau
474
Le transport unipolaire est plus rapide et plus spécifique que la simple diffusion475
Le faible Km de l'uniporteur GLUT1 lui permet de transporter le glucose dans la plupart des cellules de mammifères475
Le génome humain code une famille de protéines GLUT de transport du sucre477
Les protéines de transport peuvent être étudiées à l'aide de membranes artificielles et de cellules recombinantes477
La pression osmotique provoque le déplacement de l'eau à travers les membranes478
Les aquaporines augmentent la perméabilité à l'eau des membranes cellulaires478
11.3 Pompes mues par l'ATP et environnement ionique intracellulaire
480
Il existe quatre grandes classes de pompes mues par l'ATP 480 Les pompes ioniques mues par l'ATP génèrent et maintiennent les gradients ioniques à travers les membranes cellulaires482
La relaxation musculaire dépend des ATPases à Ca2+ qui pompent le Ca2+ du cytosol vers le réticulum sarcoplasmique482
Le mécanisme d'action de la pompe à Ca2+ est connu en détail483
L'ATPase à Na+/K+ maintient les concentrations intracellulaires de Na+ et de K+ dans les cellules animales484
Les ATPases à H+ de classe V maintiennent l'acidité des lysosomes et des vacuoles486
Les protéines ABC exportent une grande variété de médicaments et de toxines hors de la cellule487
Certaines protéines ABC « retournent » les phospholipides et autres substrats liposolubles d'un feuillet membranaire à l'autre491
Le régulateur transmembranaire ABC de la mucoviscidose est un canal à chlorure, et non une pompe491
11.4 Canaux de fuite et potentiel membranaire de repos
494
Le mouvement sélectif des ions crée un gradient électrique transmembranaire494
Le potentiel membranaire de repos des cellules animales dépend en grande partie du flux sortant d'ions K+ par les canaux K+ ouverts495
Les canaux ioniques sont sélectifs pour certains ions grâce à un filtre de sélectivité moléculaire.496
La technique de patch-clamp permet de mesurer le déplacement des ions à travers des canaux individuels498
Les canaux ioniques supposés peuvent être caractérisés grâce à la combinaison des techniques d'expression dans un ovocyte et de patch-clamp499
11.5 Cotransport par les symporteurs et les antiporteurs
500
L'entrée du Na+ dans les cellules de mammifères est favorisée par la thermodynamique500
Les symporteurs liés au Na+ permettent aux cellules animales d'importer des sucres, dont le glucose et le galactose, ainsi que des acides aminés, malgré des gradients de concentration élevés501
Un symporteur Na+/aminoacide bactérien révèle le fonctionnement d'un symport503
Un antiporteur de Ca2+ lié au Na+ régule la force de la contraction du muscle cardiaque504
Plusieurs cotransporteurs régulent le pH cytosolique504
Un antiporteur d'anions est essentiel au transport du CO2 par les érythrocytes504
De nombreuses protéines de transport permettent aux vacuoles végétales d'accumuler des métabolites et des ions505
11.6 Transport transcellulaire
507
De multiples protéines de transport sont nécessaires pour déplacer le glucose et les acides aminés à travers les épithéliums507
La thérapie de réhydratation simple dépend du gradient osmotique créé par l'absorption de glucose et de Na+508
Les cellules pariétales acidifient le contenu de l'estomac tout en maintenant un pH cytosolique neutre508
La résorption osseuse nécessite la fonction coordonnée d'une pompe à protons de classe V et d'un canal chlorure spécifique509
12 L'énérgétique cellulaire
512
12.1 La chimiosmose, le transport des électrons, la force proton-motrice et la synthèse de l'ATP
514
12.2 Première étape de la récupération de l'énergie du glucose : la glycolyse
515
Au cours de la glycolyse (première étape), les enzymes cytosoliques transforment le glucose en pyruvate.516
La vitesse de la glycolyse est ajustée pour répondre aux besoins de la cellule en ATP517
Le glucose est fermenté lorsque l'oxygène est rare518
12.3 La structure des mitochondries
520
Les mitochondries sont des organites abondants et multifonctionnels520
Les mitochondries possèdent deux membranes de structures et de fonctions distinctes520
Les mitochondries contiennent de l'ADN et ont évolué à partir d'un événement endosymbiotique unique impliquant une alphaprotéobactérie523
La taille, la structure et la capacité de codage de l'ADNmt varient considérablement entre les organismes524
L'ADN mitochondrial est situé dans la matrice et transféré pendant la mitose aux cellules filles par héritage cytoplasmique525
Les produits des gènes de mitochondrie ne sont pas exportés525
Les codes génétiques mitochondriaux peuvent différer du code nucléaire standard526
Les mutations de l'ADN mitochondrial provoquent plusieurs maladies génétiques chez l'homme526
12.4 Dynamique des mitochondries et des sites de contact membranaires entre mitochondries et RE
527
Les mitochondries sont des organites dynamiques527
La fonction et la dynamique des mitochondries peuvent dépendre de contacts directs avec d'autres organites529
12.5 Cycle de l'acide citrique et oxydation des acides gras
531
Dans la première partie de l'étape II, le pyruvate est converti en acétyl CoA et en électrons de haute énergie531
Dans la deuxième partie de l'étape II, le cycle de l'acide citrique oxyde le groupe acétyle de l'acétyl CoA en CO2 et génère des électrons de haute énergie533
Les transporteurs de la membrane mitochondriale interne aident à maintenir des concentrations cytosoliques et matricielles appropriées de NAD+ et de NADH534
L'oxydation mitochondriale des acides gras génère de l'ATP534
L'oxydation peroxysomale des acides gras ne génère pas d'ATP536
12.6 La chaîne de transport des électrons et la génération de la force proton- motrice
537
L'oxydation du NADH et du FADH2 libère une quantité substantielle d'énergie537
Le transport d'électrons dans la mitochondrie est couplé au pompage des protons537
Les électrons libèrent de l'énergie lorsqu'ils descendent à travers une série de transporteurs d'électrons538
Quatre grands complexes multiprotéiques (l-IV) couplent le transport d'électrons au pompage de protons à travers la membrane mitochondriale interne540
Les potentiels de réduction des transporteurs d'électrons dans la chaîne de transport d'électrons favorisent le flux d'électrons du NADH vers O2544
Les complexes multiprotéiques de la chaîne de transport d'électrons s'assemblent en supercomplexes545
Les espèces réactives de l'oxygène sont des sous-produits du transport des électrons547
Des expériences utilisant des complexes purifiés de la chaîne de transport d'électrons ont permis d'établir la stochiométrie du pompage des protons548
La force proton-motrice dans les mitochondries est due en grande partie à un gradient de tension à travers la membrane interne548
12.7 Exploitation de la force proton-motrice pour la synthèse de l'ATP
550
Le mécanisme de synthèse de l'ATP est commun aux bactéries, aux mitochondries et aux chloroplastes550
L'ATP Synthase comprend des complexes multiprotéiques F0 et F1551
La rotation de la sous-unité ? de F1' entraînée par le mouvement des protons à travers F0' permet la synthèse de l'ATP553
Plusieurs protons doivent passer par l'ATP synthase pour produire un ATP554
La rotation de l'anneau c de F0 est entraînée par les protons circulant dans les canaux transmembranaires555
L'échange ATP-ADP et le transport des phosphates à travers la membrane mitochondriale interne sont nécessaires pour fournir l'ADP et les phosphates nécessaires à la synthèse de l'ATP557
La vitesse d'oxydation mitochondriale dépend normalement des niveaux d'ADP558
Les mitochondries de la graisse brune utilisent la force proton-motrice pour générer de la chaleur558
12.8 Chloroplastes et photosynthèse
559
Les membranes thylacoïdes des chloroplastes sont les sites de la photosynthèse dans les plantes559
Les chloroplastes contiennent de longs ADN qui codent souvent plus d'une centaine de protéines560
L'absorption de la lumière par les photosystèmes des chloroplastes fournit l'énergie qui entraîne la synthèse de NADPH et d'ATP et la génération d'O2 à partir de H2O561
Trois des quatre étapes de la photosynthèse se déroulent sur la membrane thylacoïde et seulement pendant l'illumination561
Les étapes 1 et 2 de la photosynthèse convertissent la lumière du soleil en électrons de haute énergie qui génèrent une force proton-motrice et du NADPH561
Les complexes d'antennes centrales et les complexes photocollecteurs augmentent l'efficacité de la photosynthèse564
De multiples mécanismes protègent les cellules contre les dommages causés par les espèces réactives de l'oxygène pendant le transport des électrons564
12.9 Utilisation de l'énergie lumineuse pour générer de l'oxygène moléculaire, du NADPH et de l'ATP dans les étapes 1 à 3 de la photosynthèse
566
Les trois premières étapes de la photosynthèse566
Les activités relatives des photosystèmes I et II sont régulées569
12.10 L'ATP et le NADPH entraînent la fixation du carbone dans le cycle de Calvin et la synthèse des glucides dans l'étape 4 de la photosynthèse
570
Rubisco fixe le CO2 dans le stroma du chloroplaste570
La photorespiration entre en compétition avec la fixation du carbone et est réduite dans les plantes en C4572
13 Transfert des proteines dans les membranes et les organites
576
13.1 Ciblage des protéines vers et à travers la membrane du RE
579
Des expériences de pulse chase avec des membranes du RE purifiées ont démontré que des protéines sécrétées traversent la membrane du RE579
Une séquence signal hydrophobe N-terminale destine les protéines sécrétoires naissantes vers le RE580
La translocation cotraductionnelle est initiée par deux protéines hydrolysant le GTP581
Le passage des polypeptides en croissance à travers le translocon est entraîné par la traduction582
L'hydrolyse de l'ATP permet la translocation post- traductionnelle de certaines protéines sécrétoires dans la levure585
13.2 Insertion des protéines membranaires dans le RE
586
Plusieurs classes topologiques de protéines membranaires intégrales sont synthétisées dans le RE587
Des séquences internes d'ancrage stop-transfert et d'ancrage de signal déterminent la topologie des protéines à passage unique588
Protéines de type IV (à passages multiples)591
Une ancre phospholipidique fixe certaines protéines de surface à la membrane592
La topologie d'une protéine membranaire peut souvent être déduite de sa séquence593
13.3 Modifications, repliement et contrôle de qualité des protéines dans le RE
595
Un oligosaccharide lié à N préformé est ajouté à de nombreuses protéines dans le RE rugueux595
Les chaînes latérales des oligosaccharides peuvent favoriser le repliement et la stabilité des glycoprotéines596
Les liaisons disulfure sont formées et réarrangées par les protéines dans la lumière du RE597
Les chaperons et autres protéines du RE facilitent le repliement et l'assemblage des protéines598
Les protéines mal repliées dans le RE induisent l'expression de catalyseurs de repliement des protéines600
Les protéines non assemblées ou mal repliées dans le RE sont souvent transportées vers le cytosol pour y être dégradées601
13.4 Adressage des protéines vers les mitochondries et les chloroplastes
602
Les séquences amphipathiques N-terminales d'adressage dirigent les protéines vers la matrice mitochondriale603
L'importation des protéines mitochondriales nécessite des récepteurs de la membrane externe et des translocons dans les deux membranes604
Des études avec des protéines chimériques démontrent des caractéristiques importantes de l'importation de protéines mitochondriales605
Trois apports énergétiques sont nécessaires pour importer des protéines dans les mitochondries605
Plusieurs signaux et voies adressent les protéines aux compartiments mitochondriaux606
L'importation des protéines stromales du chloroplaste est similaire à celle des protéines de la matrice mitochondriale609
Les protéines sont adressées aux thylacoïdes par des mécanismes liés à la translocation des protéines bactériennes610
13.5 Adressage des protéines peroxysomales
612
Un récepteur cytosolique adresse à la matrice peroxysomale les protéines ayant une séquence SKL C-terminale612
Les protéines de la membrane peroxysomale et de la matrice sont incorporées par des voies différentes613
13.6 Transport vers et hors du noyau
614
Les petites et grandes molécules entrent et sortent du noyau par les complexes des pores nucléaires614
Les récepteurs de transport nucléaire escortent dans le noyau les protéines contenant des signaux de localisation nucléaire616
Un deuxième type de récepteur de transport nucléaire escorte hors du noyau les protéines contenant des signaux d'exportation nucléaire618
La plupart des ARNm sont exportés du noyau par un mécanisme indépendant de Ran618
14 Trafic vésiculaire, sécrétion et endocytose
622
14.1 Techniques d'étude de la voie sécrétoire
625
Le transport d'une protéine par la voie sécrétoire peut être testé dans des cellules vivantes625
Des mutants de levure définissent les principales étapes et les composants du transport vésiculaire627
Les tests de transport acellulaire permettent la distinction des différentes étapes du transport vésiculaire628
14.2 Mécanismes moléculaires du bourgeonnement et de fusion des vésicules
629
L'assemblage d'un manteau protéique conduit à la formation de la vésicule et à la sélection des cargaisons moléculaires630
Un ensemble conservé de protéines commutatrices GTPasiques contrôle l'assemblage de différents manteaux de vésicules631
Des séquences d'adressage dans les protéines de cargaison établissent des contacts spécifiques avec des protéines du manteau633
Les GTPases Rab contrôlent l'arrimage des vésicules sur les membranes cibles633
Des ensembles appariés de protéines SNARE assurent la fusion des vésicules avec les membranes cibles635
La dissociation des complexes SNARE après la fusion des membranes est provoquée par l'hydrolyse de l'ATP636
14.3 Premières étapes de la voie sécrétoire
636
Les vésicules COPII assurent le transport du RE vers le Golgi637
Les vésicules COPI assurent le transport rétrograde au sein du Golgi et du Golgi au RE638
Le transport antérograde à travers le Golgi s'effectue par maturation cisternale639
14.4 Étapes tardives de la voie sécrétoire
642
Des vésicules recouvertes de clathrine et de protéines adaptatrices assurent le transport à partir du trans-Golgi642
La dynamine est nécessaire au pincement des vésicules recouvertes de clathrine643
Les résidus de mannose 6-phosphate dirigent les enzymes résidentes vers les lysosomes644
L'étude des maladies lysosomales de stockage a révélé des composants clés de la voie de triage lysosomale645
L'agrégation des protéines dans le trans-Golgi peut servir au tri des protéines vers les vésicules sécrétoires régulées645
Certaines protéines subissent un traitement protéolytique après avoir quitté le trans-Golgi647
Des voies distinctes trient les protéines membranaires vers la région apicale ou basolatérale des cellules polarisées648
14.5 Endocytose dépendant de récepteurs
649
Les cellules absorbent les lipides du sang sous la forme de grands complexes lipoprotéiques bien définis650
Les récepteurs des ligands macromoléculaires contiennent des signaux de triage qui les destinent à l'endocytose651
Le pH acide des endosomes tardifs entraîne la dissociation de la plupart des complexes récepteur- ligand653
L'endocytose dépendant de récepteurs peut réguler à la baisse les récepteurs de signalisation654
14.6 Diriger des protéines membranaires et des composants du cytosol pour leur dégradation dans les lysosomes
654
Les endosomes multivésiculaires séparent les protéines membranaires destinées à la membrane lysosomale des protéines destinées à la dégradation lysosomale655
Les rétrovirus bourgeonnent de la membrane plasmique par un processus similaire à la formation des endosomes multi vésiculaires656
La voie autophagique livre des protéines cytosoliques ou des organites entiers aux lysosomes657
15 Recepteurs hormones et signalisation cellulaire
661
15.1 Les voies de transduction du signal : du signal extracellulaire à la réponse cellulaire
663
Les molécules de signalisation peuvent agir localement ou à distance663
Les voles de transduction du signal peuvent produire dans les cellules des changements rapides et à court terme ou lents et à long terme, ou les deux664
Les récepteurs sont des protéines allostériques qui activent des voies de transduction du signal664
Les récepteurs peuvent se trouver dans le cytosol, le noyau ou sur la membrane de la surface cellulaire664
La plupart des récepteurs ne se lient qu'à un seul type de ligand ou à un groupe de ligands très proches665
La plupart des récepteurs se lient à leurs ligands avec une forte affinité665
Les seconds messagers sont utilisés dans la plupart des voles de transduction du signal667
La protéine kinases et phosphatases participent aux voies de transduction du signal en modifiant de manière covalente et ainsi en activant ou en inhibant une grande variété de protéines qui contrôlent les états cellulaires667
Des protéines de liaison au GTP sont fréquemment utilisées dans les voies de transduction du signal comme Interrupteurs marche/arrêt (on/off)668
L'amplification du signal et la répression par rétroaction caractérisent la plupart des voles de transduction du signal669
15.2 Étude des récepteurs de surface cellulaire et des protéines de transduction des signaux
670
Des tests de liaison servent à la détection des récepteurs, à la mesure de leur affinité et à la détermination de leur spécificité670
La réponse cellulaire quasi-maximale à une molécule de signalisation ne nécessite généralement pas l'activation de tous les récepteurs671
La sensibilité d'une cellule aux signaux externes est déterminée par le nombre de récepteurs à la surface de la cellule et leur affinité pour le ligand671
Des analogues chimiques des molécules de signalisation servent à l'étude des récepteurs et sont largement utilisés comme médicaments672
Les récepteurs peuvent être purifiés par des techniques de chromatographie d'affinité672
L'activité des protéine kinases peut être étudiée par les techniques d'immunoprécipitation et d'affinité673
Immunoprécipitation des kinases673
Empreinte western avec un anticorps monoclonal spécifique d'un acide aminé phosphorylé dans une protéine673
Les protéines de transduction du signal se liant au GTP peuvent être isolées et leurs activités - mesurées à l'aide du procédé pull-down674
Les concentrations de Ca2+ libre dans la matrice mitochondriale, le RE et le cytosol peuvent être mesurées avec des protéines fluorescentes dirigées674
15.3 Structure et mécanisme des récepteurs couplés aux protéines G
676
Tous les récepteurs couplés aux protéines G partagent la même structure de base676
Les récepteurs couplés aux protéines G activés par un ligand catalysent l'échange du GTP contre le GDP sur la sous-unité a d'une protéine G hétérotrimérique679
Différentes protéines G sont activées par différents RCPG et régulent à leur tour différentes protéines effectrices.681
L'analyse des RCPG a permis d'identifier d'importantes hormones humaines681
15.4 Régulation du métabolisme de nombreuses cellules : les récepteurs couplés aux protéines G qui activent ou inhibent l'adénylate cyclase
683
L'adénylate cyclase est stimulée et inhibée par différents complexes récepteur-ligand683
L'AMPc active la protéine kinase A en libérant ses sous- unités inhibitrices683
Le catabolisme du glycogène est stimulé par l'activation de la PKA induite par des hormones685
Une amplification du signal survient dans la voie de dégradation du glycogène AMPc-PKA687
L'activation de la PKA par l'AMPc produit des réponses diverses dans différents types de cellules687
CREB relie l'AMPc et la PKA à l'activation de la transcription génique688
Des protéines d'ancrage localisent les effets de l'AMPc dans des régions spécifiques de la cellule688
De multiples mécanismes de rétroaction suppriment la signalisation par la voie GPCR/AMPc/PKA689
15.5 Régulation des sécrétions protéiques et de la contraction musculaire : les ions Ca2+ comme seconds messagers dans de multiples voies de transduction des signaux
692
Les produits de l'hydrolyse du lipide membranaire phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate par la phospholipase C augmentent les taux de Ca2+ cytosolique693
Libération du Ca2+ du RE déclenchée par l'IP3694
Transport de Ca2+ déclenché par IP3 du RE vers la matrice mitochondriale694
Le canal SOC (store-operated Ca2+) dans la membrane plasmique695
Les boucles de rétroaction dans le RE et dans le cycle cytosolique du Ca2+ déclenchent des oscillations dans la concentration cytosolique de Ca2+696
DAG active la protéine kinase C697
L'intégration des seconds messagers Ca2+ et AMPc régule la glycogénolyse697
15.6 Vision : comment l'oil perçoit la lumière
698
La lumière active la rhodopsine dans les bâtonnets oculaires698
L'activation de la rhodopsine par la lumière conduit à la fermeture des canaux cationiques dépendants de la GMPc700
L'amplification du signal rend la voie de transduction du signal de la rhodopsine extrêmement sensible700
L'arrêt rapide de la voie de transduction du signal de la rhodopsine est essentiel à la résolution temporelle de la vision700
La phosphorylation de la rhodopsine et la liaison de l'arrestine mettent fin au signal de la rhodopsine activée (R*) par la lumière701
L'hydrolyse du GTP met fin au signal provenant du G?tGTP activé702
Les bâtonnets s'adaptent à des intensités lumineuses variables grâce au trafic intracellulaire de l'arrestine et de la transducine702
16 Voies de signalisation par lesquelles des facteurs de croissance et des cytokines contrôlent l'expression génique
705
16.1 Facteurs de croissance et leurs récepteurs à tyrosine kinase
709
La liaison d'un ligand au domaine extracellulaire d'un RTK entraîne la dimérisation et l'activation de sa tyrosine kinase cytosolique intrinsèque709
Les homo- et hétéro-oligomères des récepteurs du facteur de croissance épidermique lient des membres de la famille des facteurs de croissance épidermique711
Homodimères des récepteurs de l'EGF711
Hétérodimères du récepteur de l'EGF avec HER2712
La fixation du ligand au récepteur d'EGF et la dimérisation du récepteur entraînent celle des domaines kinasiques asymétriques et actifs712
Transduction du signal après activation des RTK : les résidus de phosphotyrosine du récepteur sont des surfaces de liaison aux domaines SH2 de multiples protéines713
L'endocytose dépendante de récepteurs et la dégradation lysosomiale amortissent la signalisation des RTK714
16.2 Voie de transduction du signal Ras/MAP Kinase
716
Ras, une protéine commutatrice GTPasique, opère en aval de la plupart des RTK et des récepteurs de cytokines717
Les récepteurs à tyrosine kinase sont liés à Ras par des protéines adaptatrices717
La liaison de Sos à Ras inactive entraîne un changement de conformation qui déclenche un échange de GTP contre du GDP718
Les signaux passent de Ras activée à une cascade de protéine kinases aboutissant à la MAP kinase718
La MAP kinase régule l'activité de nombreux facteurs de transcription contrôlant les gènes de réponse précoce720
De multiples mécanismes de rétroaction limitent l'activation de la MAP kinase721
Les protéines d'échafaudage isolent l'une de l'autre les voies distinctes de la MAP kinase dans la même cellule722
16.3 Voies de transduction du signal phospho-inositide
724
La phospholipase C? est activée par de nombreux RTK et récepteurs de cytokines724
Le recrutement de la PI-3 kinase aux récepteurs activés entraîne une accumulation de phosphatidylinositol- 3-phosphates dans la membrane plasmique et l'activation de plusieurs kinases en aval724
La protéine kinase B activée induit de nombreuses réponses cellulaires725
La voie de la PI-3 kinase est régulée négativement par la phosphatase PTEN726
16.4 Cytokines, récepteurs de cytokines et voie de signalisation JAK/STAT
727
Les cytokines régulent le développement et la fonction de nombreux types de cellules727
La liaison d'une cytokine à son récepteur active une ou plusieurs protéines tyrosine kinases JAK qui lui sont étroitement liées728
Les kinases JAK phosphorylent et activent les facteurs de transcription STAT730
De multiples mécanismes suppriment la signalisation des récepteurs de cytokines730
Phosphotyrosine phosphatases731
Protéines SOCS732
16.5 Facteurs de croissance de la famille TGF-?, leurs récepteurs à sérine kinases et les facteurs de transcription Smad qu'ils activent
733
Les protéines TGF-? sont stockées sous une forme inactive dans la matrice extracellulaire733
Trois récepteurs protéiques distincts du TGF-β participent à sa liaison et à la transduction du signal735
Activés les récepteurs RI du TGF-β phosphorylent les facteurs de transcription Smad735
Le complexe R-Smad/co-Smad active l'expression de gènes distincts dans différents types de cellules737
Les boucles de rétroaction négative limitent la signalisation du TGF-β/Smad737
16.6 Voies de transduction du signal qui utilisent un clivage protéique régulé et spécifique : précurseurs de Notch/Delta et de l'EGF
738
Lors de la liaison avec Delta, le récepteur Notch est clivé, ce qui libère un facteur de transcription constitutif738
Les métalloprotéases catalysent le clivage de nombreuses protéines de signalisation de la surface cellulaire740
16.7 Voies de transduction de signal qui utilisent la dégradation protéasomique des composants de signalisation : Wnt, Hedgehog et les nombreuses hormones qui activent NF-κB
740
La signalisation Wnt empêche la destruction d'un facteur de transcription par un complexe protéique cytosolique741
Les gradients de concentration de la protéine Wnt sont essentiels pour de nombreuses étapes du développement743
La signalisation Hedgehog atténue la répression de l'expression d'un gène cible744
Apprêtement du précurseur protéique de Hh744
Les récepteurs de Hh, Patched et Smoothened, et la voie de signalisation en aval ont été décrits initialement par des études génétiques du développement de la drosophile745
Régulation par rétroaction de la signalisation Hh745
La signalisation Hedgehog chez les vertébrés nécessite des cils primaires746
La dégradation d'une protéine inhibitrice active le facteur de transcription NF-κB747
Des signalosomes géants avec des échafaudages de chaînes de polyubiquitine relient de nombreux récepteurs de surface cellulaire à des protéines en aval dans la voie NF-κB749
17 Organisation cellulaire et mouvement I : microfilament
17.1 Microfilaments et les structures d'actine
755
L'actine est ancienne, abondante et très conservée755
Les monomères d'actine G s'assemblent en longs polymères hélicoïdaux d'actine F756
L'actine F a une polarité structurelle et fonctionnelle757
17.2 Dynamique des filaments d'actine
758
La polymérisation de l'actine in vitro se déroule en trois étapes758
Les filaments d'actine croissent plus rapidement aux extrémités (+) qu'aux extrémités (-)760
Le défilement des filaments d'actine est accéléré par la profiline et la cofiline761
La thymosine-?4 fournit un réservoir d'actine pour la polymérisation762
Des coiffes protéiques bloquent l'assemblage et le désassemblage aux extrémités des filaments d'actine762
17.3 Mécanismes d'assemblage des filaments d'actine
763
Les formines assemblent des filaments non ramifiés763
Le complexe Arp2/3 amorce l'assemblage des filaments ramifiés764
La polymérisation de l'actine peut fournir l'énergie nécessaire aux mouvements intracellulaires766
Fonction des microfilaments dans l'endocytose767
Les toxines qui perturbent le pool de monomères d'actine sont utiles pour les études de la dynamique de l'actine769
17.4 Organisation des structures cellulaires à base d'actine
770
Les protéines de réticulation organisent les filaments d'actine en faisceaux ou en réseaux770
Les protéines adaptatrices relient les filaments d'actine aux membranes770
17.5 Les myosines : protéines motrices basées sur l'actine
773
Les myosines possèdent des domaines aux fonctions distinctes : tête, cou et queue774
Les myosines constituent une grande famille de protéines motrices mécanochimiques775
Les changements de conformation de la tête de la myosine couplent l'hydrolyse de l'ATP au mouvement777
Les têtes de myosine font des pas distincts le long des filaments d'actine777
17.6 Mouvements dépendants de la myosine
780
Les filaments épais de myosine et les filaments minces d'actine des muscles squelettiques glissent les uns sur les autres pendant la contraction780
Le muscle squelettique est structuré par des protéines de stabilisation et d'échafaudage781
La contraction du muscle squelettique est régulée par le Ca2+ et les protéines de liaison à l'actine782
L'actine et la myosine II forment des faisceaux contractiles dans des cellules non musculaires783
Des mécanismes dépendant de la myosine régulent la contraction des cellules musculaires lisses et non musculaires784
La myosine V transporte des vésicules le long des filaments d'actine785
17.7 Migration cellulaire : mécanisme, signalisation et chimiotactisme
787
La migration cellulaire coordonne la génération de force avec l'adhérence cellulaire et le recyclage membranaire788
Les petites protéines liant le GTP Cdc42, Rac et Rho contrôlent l'organisation de l'actine790
La migration cellulaire implique la régulation coordonnée de Cdc42, Rac et Rho791
Les cellules migrantes sont dirigées par des molécules chimiotactiques793
18 Organisation et mouvement des cellules II : microtibules et filaments intermédiaires
796
18.1 Structure et organisation des microtubules
797
Les parois des microtubules sont des structures polarisées construites à partir de dimères de tubuline αβ797
Les microtubules sont assemblés à partir des MTOC pour générer diverses configurations799
18.2 Dynamique des microtubules
802
Les microtubules individuels présentent une instabilité dynamique802
L'assemblage localisé ainsi que l'exploration et capture contribuent à l'organisation des microtubules805
Des médicaments affectant la polymérisation de la tubuline sont utiles expérimentalement et dans le traitement de maladies805
18.3 Régulation de la structure et de la dynamique des microtubules
806
Les microtubules sont stabilisés par des protéines de liaison latérale806
Les +TIP régulent les propriétés et les fonctions de l'extrémité (+) des microtubules807
D'autres protéines de liaison aux extrémités favorisent également le désassemblage des microtubules807
Des protéines de rupture régulent également la dynamique des microtubules809
18.4 Kinésines et dynéines : protéines motrices basées sur les microtubules
809
Les organites des axones sont transportés le long des microtubules dans les deux sens810
La kinésine-1 assure le transport antérograde des vésicules le long des axones vers les extrémités (+) des microtubules810
Les kinésines forment une grande superfamille de protéines aux fonctions variées812
La kinésine-1 est un moteur processif812
Les dynéines motrices transportent les organites vers les extrémités (-) des microtubules814
Les kinésines et les dynéines coopèrent dans le transport des organites à travers la cellule817
Les modifications de la tubuline distinguent différentes classes de microtubules et leur accessibilité aux moteurs818
18.5 Cils et flagelles : structures de surface à base de microtubules
820
Les cils et les flagelles des eucaryotes contiennent de longs microtubules en doublet pontés par des moteurs de dynéine820
Les battements ciliaires et flagellaires sont produits par le glissement contrôlé des microtubules du doublet externe820
Le transport intraflagellaire déplace du matériel vers le haut et le bas des cils et des flagelles820
Les cils primaires sont des organites sensoriels sur les cellules en interphase823
Les défauts du cil primaire sont à l'origine de nombreuses maladies825
18.6 La mitose
825
Les centrosomes se dupliquent au début du cycle cellulaire en préparation de la mitose825
La mitose se déroule en cinq étapes826
Le fuseau mitotique contient trois classes de microtubules 828 La dynamique des microtubules augmente de façon spectaculaire en mitose828
Les chromosomes sont capturés et orientés pendant la prométaphase829
Les chromosomes dupliqués sont alignés par les moteurs et la dynamique des microtubules831
Le complexe passager chromosomique régule la fixation des microtubules aux kinétochores832
L'anaphase A déplace les chromosomes vers les pôles par raccourcissement des microtubules833
L'anaphase B sépare les pôles par l'action combinée des kinésines et de la dynéine833
Le fuseau est centré et orienté par une voie dépendante de la dynéine/dynactine834
La cytocinèse divise la cellule dupliquée en deux835
Les cellules végétales réorganisent leurs microtubules et construisent une nouvelle paroi cellulaire durant la mitose836
18.7 Filaments intermédiaires
837
Les filaments intermédiaires sont assemblés à partir de dimères de sous-unités838
Les filaments intermédiaires sont dynamiques839
Les protéines de filaments intermédiaires cytoplasmiques sont exprimées de manière spécifique au tissu839
Les lamines tapissent la face interne de l'enveloppe nucléaire pour fournir au noyau organisation et rigidité841
Les lamines sont désassemblées de manière réversible par phosphorylation pendant la mitose842
18.8 Coordination et coopération entre les éléments du cytosquelette
843
Les protéines associées aux filaments intermédiaires contribuent à l'organisation cellulaire843
Les microfilaments et les microtubules coopèrent pour transporter les mélanosomes843
Cdc42 coordonne les microtubules et les microfilaments pendant la migration cellulaire844
L'avancement des cônes de croissance neuronaux est coordonné par les microfilaments et les microtubules844
19 Le cycle cellulaire chez les eucaryotes
847
19.1 Aperçu du cycle cellulaire
848
G, contrôle l'entrée en phase S849
La phase G2 prépare la cellule à la mitose et à la division cellulaire849
La mitose et la cytocinèse se déroulent durant la phase M850
19.2 Organismes modèles et méthodes d'étude du cycle cellulaire
852
Les levures bourgeonnantes et à fission sont de puissants systèmes pour l'analyse génétique du cycle cellulaire852
Les ovocytes et les embryons précoces d'amphibiens facilitent la caractérisation biochimique du fonctionnement du cycle cellulaire854
Les cellules en culture permettent l'étude de la régulation du cycle cellulaire mammalien855
Les chercheurs utilisent de multiples outils pour étudier le cycle cellulaire855
19.3 Progression et contrôle du cycle cellulaire : boucles de rétroaction et modifications post-traductionnelles
856
Les kinases dépendantes des cyclines sont de petites protéines kinases qui requièrent pour leur activité une sous-unité régulatrice de cycline857
Les cyclines déterminent l'activité des CDK859
Les CDK sont régulées par une phosphorylation activatrice ou inhibitrice861
Les inhibiteurs de CDK permettent un contrôle supplémentaire de l'activité de la cycline-CDK863
Les concentrations de cyclines sont régulées par l'activation transcriptionnelle et la dégradation protéique assurée par l'ubiquitine863
Les domaines liant la phosphosérine ou la phosphothréonine sont les derniers composants moléculaires dont nous devons parler pour comprendre la régulation cycline-CDK865
Des études de spectrométrie de masse et des CDK génétiquement modifiées ont conduit à la découverte de nouveaux substrats et fonctions des CDK865
19.4 La transition de la phase G1 à la phase S et la réplication de l'ADN
867
La transition G1/S chez la levure bourgeonnante est contrôlée par les complexes cycline-CDK867
La transition de phase G1-S chez les métazoaires implique le contrôle par la cycline-CDK du facteur de transcription E2F par l'intermédiaire de son régulateur Rb867
Les signaux extracellulaires régissent l'entrée dans le cycle cellulaire868
La dégradation d'un inhibiteur de CDK en phase S déclenche la réplication de l'ADN869
La réplication à chaque origine est initiée une fois et une seule au cours du cycle cellulaire871
Les brins d'ADN dupliqués se lient pendant la réplication873
19.5 La transition G2/M et le moteur irréversible de la mitose
875
L'activation abrupte des CDK mitotiques par des boucles de rétroaction positive initie la mitose876
Les CDK mitotiques induisent la dislocation de l'enveloppe nucléaire876
Les centrosomes se dupliquent pendant la phase S et se séparent pendant la mitose879
Les CDK mitotiques, les kinases de type polo et les kinases Aurora pilotent l'assemblage du fuseau mitotique qui se fixe aux kinétochores des chromosomes condensés879
La condensation des chromosomes facilite la ségrégation des chromosomes882
19.6 Fuseau mitotique, ségrégation des chromosomes et sortie de mitose
884
Le clivage des cohésines par la séparase initie la ségrégation des chromosomes884
L'APC/C active la séparase par l'ubiquitinylation de la sécurine884
L'inactivation des CDK mitotiques et la déphosphorylation des protéines déclenchent la sortie de mitose886
La cytocinèse crée deux cellules filles887
19.7 Mécanismes de surveillance dans la régulation du cycle cellulaire
889
Le système de réaction aux lésions de l'ADN arrête la progression du cycle cellulaire et recrute les mécanismes de réparation de l'ADN lorsque celui-ci est endommagé889
La voie du point de contrôle de l'assemblage du fuseau empêche la ségrégation des chromosomes tant que ceux-ci ne sont pas correctement fixés au fuseau mitotique892
19.8 Méiose : un type particulier de division cellulaire
894
Des signaux extracellulaires et intracellulaires régulent la formation des cellules germinales894
Plusieurs caractéristiques distinguent la méiose de la mitose894
La recombinaison et une sous-unité de cohésine spécifique à la méiose sont nécessaires à la ségrégation spécialisée des chromosomes en méiose I897
La coorientation des kinétochores frères est essentielle à la ségrégation des chromosomes en méiose I898
Partie IV Croissance et développement cellulaire
20 L'intégration cellulaire dans des tissus
901
20.1 Adhérence entre cellules ainsi qu'entre cellules et matrice : un aperçu
903
Les molécules d'adhérence cellulaire se lient les unes aux autres et à des protéines Intracellulaires904
La matrice extracellulaire participe à l'adhérence, à la signalisation et à d'autres fonctions905
L'acquisition de molécules d'adhérence à facettes multiples a permis l'évolution de divers tissus animaux908
Les molécules d'adhérence cellulaire assurent la mécanotransduction909
20.2 Jonctions entre cellules ainsi qu'entre cellules et matrice extracellulaire (MEC) et leurs molécules d'adhérence
911
Les cellules épithéliales ont des surfaces apicale, latérale et basale distinctes911
Trois types de jonctions assurent de nombreuses interactions intercellulaires et cellule-matrice912
Les cadhérines assurent les adhérences cellulaires dans les jonctions adhérentes et les desmosomes913
Les intégrines assurent les adhérences cellule-matrice, y compris celles des hémidesmosomes des cellules épithéliales918
Les jonctions serrées isolent les cavités corporelles et limitent la diffusion des composants membranaires920
Les jonctions communicantes composées de connexines permettent aux petites molécules de passer directement entre les cytosols des cellules adjacentes923
Les nanotubes tunnel peuvent servir au couplage métabolique et au transfert d'organites entre cellules animales925
20.3 Matrice extracellulaire I : lame basale
926
La lame basale sert de base à l'assemblage des cellules dans les tissus927
La laminine, une protéine matricielle multiadhésive, aide à réticuler les composants de la lame basale928
Le collagène de type IV, qui forme des feuillets, est un des composants structurels principaux de la lame basale928
Le perlécane, un protéoglycane, établit des liens croisés entre les composants de la lame basale et les récepteurs de la surface cellulaire931
20.4 Matrice extracellulaire II : tissu conjonctif
932
Les collagènes fibrillaires sont les principales protéines fibreuses de la MEC des tissus conjonctifs932
Le collagène fibrillaire est sécrété et assemblé en fibrilles à l'extérieur de la cellule933
Les collagènes de type I et ils s'associent aux collagènes non fibrillaires pour former diverses structures934
Les protéoglycanes et leurs GAG constitutifs jouent des rôles divers dans la MEC935
L'hyaluronane résiste à la compression, facilite la migration cellulaire et confère au cartilage ses propriétés de gel937
Les fibronectines relient les cellules et la MEC, influençant la forme, la différenciation et le mouvement des cellules938
Des fibres élastiques permettent à de nombreux tissus de subir des étirements et relâchements répétés941
Les métalloprotéases remodèlent et dégradent la matrice extracellulaire942
20.5 Interactions adhésives dans les cellules mobiles et non mobiles
943
Les intégrines assurent l'adhérence et relaient les signaux entre les cellules et leur environnement tridimensionnel943
La régulation de l'adhérence et de la signalisation dépendante des intégrines contrôle la fonction et le mouvement des cellules944
Dans la dystrophie musculaire, les connexions entre la MEC et le cytosquelette sont défectueuses948
Les IgCAM assurent l'adhérence intercellulaire dans divers tissus, notamment les neuronaux949
Le mouvement des leucocytes dans les tissus est orchestré par une séquence d'interactions adhésives programmée avec précision949
20.6 Tissus végétaux
951
La paroi cellulaire d'une plante est une MEC dont la structure lamellaire est faite de fibrilles de cellulose dans une matrice de polysaccharides et de glycoprotéines952
Le relâchement de la paroi cellulaire permet la croissance des cellules végétales953
Les plasmodesmes connectent directement les cytosols des cellules adjacentes953
Les molécules dont dépendent les plantes pour l'adhérence et la mécano transduction sont différentes de celles des animaux955
21 Réagir à l'environnement cellulaire
958
21.1 Réguler la glycémie
960
L'insuline et le glucagon travaillent ensemble pour maintenir un taux de glycémie stable960
Une augmentation de la glycémie déclenche la sécrétion d'insuline par les cellules des îlots pancréatiques960
Dans les cellules adipeuses et musculaires, l'insuline déclenche la fusion des vésicules intracellulaires contenant le transporteur de glucose GLUT4 avec la membrane plasmique, augmentant ainsi le taux d'absorption du glucose961
Dans le foie, l'insuline inhibe la synthèse du glucose, accélère la glycolyse et favorise le stockage du glucose sous forme de glycogène963
21.2 Intégrer les signaux de croissance cellulaire et les niveaux de nutriments et d'énergie
964
Le complexe mTORC1 actif stimule de nombreuses voies de transduction de signaux anaboliques965
L'activation de la kinase mTORC1 nécessite des acides aminés, un rapport ATP : AMP élevé et l'activation des voies de transduction du signal en aval des récepteurs des facteurs de croissance966
21.3 Réagir aux changements des niveaux de cholestérol et d'acides gras insaturés
970
La biosynthèse des acides gras et du cholestérol ainsi que l'importation du cholestérol sont régulées au niveau de la transcription génique970
La protéine SCAP du réticulum endoplasmique détecte le niveau de cholestérol cellulaire970
La protéolyse intramembranaire régulée de SREBP dans le Golgi libère un facteur de transcription bHLH qui maintient des niveaux appropriés de phospholipides et de cholestérol971
21.4Réagir à une faible teneur en oxygène972
Induction du gène de l'érythropoïétine à de faibles niveaux d'oxygène972
La détection de l'oxygène et l'expression régulée de Hif-1? sont une propriété de toutes les cellules nucléées de mammifères973
La fonction et la stabilité du Hif-1 a sont inhibées à des niveaux d'oxygène ambiants973
Une famille conservée de facteurs de transcription sensibles à l'oxygène, présente chez les plantes et les animaux, est régulée par l'ajout post-traductionnel d'un résidu d'arginine974
21.5 Réagir à des températures élevées
976
La réaction au choc thermique est induite par des chaînes polypeptidiques non repliées976
La réponse au choc thermique est régulée principalement par des facteurs de transcription apparentés chez tous les eucaryotes, appelés facteurs de choc thermique, y compris HSF1 chez l'homme977
21.6 Distinguer jour et nuit : rythmes circadiens
978
L'horloge circadienne de la plupart des organismes repose sur une boucle de rétroaction négative979
L'horloge circadienne chez les bactéries : une solution différente980
Noyau suprachiasmatique : horloge principale chez les mammifères980
21.7 Percevoir et réagir à l'environnement physique
982
La voie de la cascade kinasique Hippo chez la drosophile et les mammifères982
Régulation de la cascade kinasique Hippo par les interactions des cellules avec la matrice extracellulaire et par la tension sur les filaments d'actine984
La voie Hippo et l'embryogenèse précoce985
22 Cellules souches, asymétrie cellulaire et mort cellulaire régulée
990
22.1 Embryogenèse précoce des mammifères, cellules souches embryonnaires et cellules
992
La fécondation unifie le génome992
Le clivage de l'embryon de mammifère conduit aux premiers événements de différenciation992
Les cellules pluripotentes de la masse cellulaire interne sont la source des cellules ES993
De multiples facteurs contrôlent la pluripotence des cellules ES994
Le clonage animal montre que les changements épigénétiques survenant au cours de la différenciation peuvent être inversés996
Les cellules somatiques peuvent générer des cellules iPS997
Les cellules iPS spécifiques au patient peuvent être utilisées pour développer des traitements potentiels de nombreuses maladies998
Les cellules ES et iPS peuvent générer des cellules humaines différenciées fonctionnelles998
22.2 Cellules souches et niches dans les organismes multicellulaires
1002
Les planaires adultes contiennent des cellules souches pluripotentes1002
Des cellules souches somatiques multipotentes donnent naissance à la fois à des cellules souches et à des cellules différenciées1003
Des cellules souches de différents tissus occupent des niches durables1004
Les cellules souches de la lignée germinale de nombreux organismes produisent des spermatozoïdes ou des ovocytes1004
Les cellules souches intestinales génèrent en permanence toutes les cellules de l'épithélium intestinal1005
Wnt et R-Spondines sont essentiels à la fonction des cellules souches intestinales Lgr5+1007
Les cellules souches hématopoïétiques forment toutes les cellules sanguines et toutes les cellules du système immunitaire1009
Caractérisation des cellules souches hématopoïétiques par la transplantation1009
Niches des cellules souches hématopoïétiques et de nombreuses cellules progénitrices hématopoïétiques1011
Régulation de la production de cellules hématopoïétiques différenciées1012
Les méristèmes sont des niches pour les cellules souches chez les plantes1013
Une boucle de rétroaction négative maintient la taille de la population des cellules souches apicales des tiges1013
La structure et la fonction du méristème racinaire ressemblent à celles du méristème de pousse1015
22.3 Mécanismes de polarité cellulaire et de division cellulaire asymétrique
1015
Le programme de polarité Intrinsèque dépend d'une boucle de rétroaction positive impliquant Cdc421016
La polarisation cellulaire avant la division cellulaire suit une hiérarchie commune d'étapes1017
Le trafic membranaire polarisé permet à la levure de croître de manière asymétrique pendant l'accouplement1018
Les protéines Par dirigent l'asymétrie cellulaire dans l'embryon du nématode1020
Les protéines Par et d'autres complexes de polarité sont impliqués dans la polarité des cellules épithéliales1022
La voie de polarité planaire des cellules oriente les cellules dans un épithélium1023
Les protéines Par sont impliquées dans la division asymétrique des cellules souches1025
22.4 Mort cellulaire et sa régulation
1027
La plupart des morts cellulaires programmées se produisent par apoptose1028
Des protéines conservées au cours de l'évolution participent à la voie apoptotique1029
Les caspases amplifient le signal apoptotique initial et détruisent les principales protéines cellulaires1031
Phosphatidylsérine : un signal « mangez-moi » à la surface des cellules apoptotiques1032
Les neurotrophines favorisent la survie des neurones1032
Les mitochondries jouent un rôle central dans la régulation de l'apoptose des cellules des vertébrés1035
Les protéines proapoptotiques Bax et Bak forment des pores et des trous dans la membrane extérieure de la mitochondrie1035
La libération des protéines SMAC/DIABLO des mitochondries favorise également l'activation des caspases1037
Les facteurs trophiques induisent l'inactivation de Bad, une protéine BH3-seulement proapoptotique1037
Chez les vertébrés, l'apoptose est induite par des protéines proapoptotiques BH3-seulement qui sont activées par des stress environnementaux1038
L'apoptose et la nécroptose peuvent être déclenchées par le facteur de nécrose tumorale, le ligand Fas et les protéines de mort apparentées1039
23 Cellules du système nerveux
23.1 Neurones et glie : les éléments constitutifs du système nerveux
1044
L'information circule dans les neurones, des dendrites aux axones1044
Les informations se déplacent le long des axones sous forme d'un flux ionique pulsé appelé potentiels d'action1045
Les informations circulent entre les neurones via les synapses1045
Le système nerveux utilise des circuits de signalisation composés de plusieurs types de neurones1046
Les cellules gliales forment des gaines de myéline et soutiennent les neurones1047
Les cellules souches neurales forment les cellules nerveuses et gliales du système nerveux central1048
23.2 Canaux ioniques dépendant du voltage et propagation des potentiels d'action
1052
L'amplitude du potentiel d'action est proche d'ENa et est causée par l'influx de Na+ par les canaux Na+ ouverts1052
L'ouverture et la fermeture séquentielles des canaux Na+ et K+ dépendants du voltage génèrent des potentiels d'action1052
Les potentiels d'action se propagent de façon unidirectionnelle sans diminution1055
Tous les canaux ioniques dépendants du voltage ont une structure similaire1055
Les hélices ? S4 sensibles au voltage se déplacent en réaction à la dépolarisation de la membrane1056
Le mouvement du segment inactivant le canal dans le pore ouvert bloque le flux d'ions1059
La myélinisation augmente la vitesse de la conduction des impulsions1059
Les potentiels d'action « sautent » de noud en noud dans les axones myélinisés1060
Deux types de glie produisent les gaines de myéline1061
Canaux ioniques activés par la lumière et optogénétique1063
23.3 Communication au niveau des synapses
1065
La formation des synapses nécessite l'assemblage des structures présynaptiques et postsynaptiques1065
Les neurotransmetteurs sont transportés dans les vésicules synaptiques par des protéines antiport liées à H+1068
Trois pools de vésicules synaptiques chargées de neurotransmetteur sont présents dans la terminaison présynaptique1070
L'afflux de Ca2+ déclenche la libération de neurotransmetteurs1070
Une protéine liant le calcium régule la fusion des vésicules synaptiques avec la membrane plasmique1070
Les mouches mutantes dépourvues de dynamine ne peuvent pas recycler les vésicules synaptiques1072
La signalisation aux synapses est interrompue par la dégradation ou la récupération des neurotransmetteurs1073
L'ouverture des canaux cationiques dépendants de l'acétylcholine entraîne une contraction musculaire1074
Les cinq sous-unités du récepteur nicotinique de l'acétylcholine contribuent au canal ionique1075
Les cellules nerveuses intègrent de nombreuses entrées pour prendre la décision tout ou rien de générer un potentiel d'action1076
Les jonctions communicantes permettent une communication directe entre les neurones et entre les cellules gliales1076
23.4 Détection de l'environnement : toucher, douleur, goût et odorat
1077
Les mécanorécepteurs sont des canaux cationiques dépendants1078
Les récepteurs de la douleur sont également des canaux cationiques dépendants1079
Cinq goûts primaires sont perçus par des sous-ensembles de cellules dans chaque bourgeon gustatif1080
Le plus grand groupe de récepteurs couplés aux protéines G détecte les odeurs1083
Chaque neurone olfactif exprime un seul type de récepteur d'odeur1084
23.5 Formation et stockage des souvenirs
1086
Les souvenirs se forment en modifiant le nombre ou la force des synapses entre les neurones1086
L'hippocampe est nécessaire à la formation de la mémoire1088
De multiples mécanismes moléculaires contribuent à la plasticité synaptique1088
La formation des mémoires à long terme nécessite l'expression des gènes1090
24 Immunologie
1093
24.1 Aperçu des défenses de l'hôte
1095
Les agents pathogènes pénètrent dans l'organisme par différentes voies et se reproduisent dans divers sites1095
Les cellules des systèmes immunitaires inné et adaptatif circulent dans tout l'organisme et s'infiltrent dans les tissus et les ganglions lymphatiques1096
Les barrières mécaniques et chimiques constituent un premier front contre les pathogènes1098
L'Immunité innée constitue une deuxième ligne de défense1098
L'inflammation, réaction complexe à toute lésion, implique à la fois les immunités innée et adaptative et contribue à la destruction des pathogènes1100
La spécificité est une caractéristique de l'immunité adaptative, la troisième ligne de défense1102
24.2 Immunoglobulines : structure et fonction
1103
Les immunoglobulines ont une structure conservée composée de chaînes lourdes et légères1103
Il existe plusieurs isotypes d'immunoglobulines, chacun exerçant des fonctions différentes1104
Chaque cellule B naïve produit une immunoglobuline unique1106
Les domaines d'immunoglobuline ont un pli caractéristique composé de deux feuillets (3 stabilisés par une liaison disulfure1108
La région constante d'une immunoglobuline détermine ses propriétés fonctionnelles1108
24.3 Origine génétique de la diversité des anticorps et développement des cellules B
1109
Un gène fonctionnel de chaîne légère nécessite l'assemblage des segments géniques V et J1109
Le réarrangement du locus de la chaîne lourde implique les segments géniques V, D et J1111
L'hypermutation somatique permet la production et la sélection d'anticorps aux affinités améliorées1113
Le développement des cellules B nécessite l'apport d'un récepteur précellulaire1113
Au cours d'une réponse adaptative, les lymphocytes B passent de la production d'Ig membranaires à celle d'Ig sécrétées1115
Les cellules B peuvent changer l'isotype d'Ig qu'elles produisent1116
24.4 CMH et présentation antigénique
1117
Le CMH détermine la capacité de deux individus non apparentés de la même espèce à accepter ou à rejeter des greffons1117
L'activité létale des cellules T cytotoxiques est spécifique d'un antigène et restreinte au CMH1118
Des cellules T aux propriétés fonctionnelles différentes sont guidées par deux classes distinctes de molécules du CMH1118
Les molécules du CMH sont hautement polymorphes, lient des antigènes peptidiques et interagissent avec le récepteur des cellules T1120
Pour la présentation de l'antigène, les fragments protéiques forment avec les produits du CMH des complexes qui sont exposés à la surface des cellules1123
La voie du CMH de classe I présente des antigènes cytosoliques1123
La voie du CMH de classe II présente des antigènes livrés par la voie endocytaire1125
24.5 Cellules T, leurs récepteurs et leur développement
1129
La structure du récepteur des cellules T ressemble à la partie F(ab) d'une immunoglobuline1129
Les gènes d'un TCR sont réarrangés d'une manière similaire à ceux d'une immunoglobuline1131
De nombreux résidus variables des TCR sont codés dans les jonctions entre segments géniques V, D et J1132
La signalisation par les récepteurs antigèniques déclenche la prolifération et la différenciation des cellules T et B1132
Les cellules T qui reconnaissent les molécules du CMH passent par une sélection positive et négative au cours de leur développement1134
Les lymphocytes T s'engagent dans la lignée CD ou CD8 dans le thymus1135
Les cellules T ont besoin de deux types de signaux pour une activation complète1136
Les cellules T cytotoxiques porteuses du corécepteur CD8 sont spécialisées dans la lyse cellulaire1137
Les lymphocytes T sécrètent un ensemble de cytokines qui servent de signaux pour d'autres cellules du système immunitaire1138
Les cellules T auxiliaires sont classées en sous-ensembles distincts en fonction de leur production de cytokines et de l'expression de marqueurs de surface1138
Les cellules lymphoïdes innées régulent l'inflammation et la réponse immunitaire globale1138
Les leucocytes se déplacent en réaction aux signaux chimiotactiques des chimiokines1139
24.6 Collaboration des cellules immunitaires dans la réponse adaptative
1140
Les récepteurs de type Toll perçoivent une variété de motifs macromoléculaires dérivés de pathogènes1140
L'engagement des récepteurs Toll-Like entraîne l'activation des cellules présentatrices d'antigènes1143
La production d'anticorps de haute affinité nécessite une collaboration entre les cellules B et T1143
Les vaccins suscitent une immunité protectrice contre une variété de pathogènes1145
Le système immunitaire protège contre le cancer1146
25 Cancer
1149
25.1En quoi les cellules tumorales diffèrent des cellules normales1151
La composition génétique de la plupart des cellules cancéreuses est radicalement modifiée1152
La prolifération incontrôlée est une caractéristique universelle du cancer1152
Les fonctions d'entretien cellulaire sont fondamentalement altérées dans les cellules cancéreuses1153
À la suite de l'altération des interactions intercellulaires, les cellules cancéreuses forment des organes hétérogènes1154
La croissance tumorale nécessite la formation de nouveaux vaisseaux sanguins1155
L'invasion et les métastases sont des étapes tardives de l'oncoqenèse1155
25.2 Bases génétiques et génomiques du cancer
1157
Les carcinogènes induisent un cancer en endommageant l'ADN1157
Certains carcinogènes ont été associés à des cancers spécifiques1157
Des syndromes familiaux associés à une perte de la réparation de l'ADN peuvent conduire au cancer1158
Des mutations somatiques dans la voie de réaction aux dommages de l'ADN sont oncogènes1159
Le séquençage du génome de cancer révèle une énorme diversité de mutations somatiques1160
Les oncogènes ont été découverts par leur association à des virus tumoraux1160
Des moteurs oncogènes uniques peuvent être activés par des réarrangements chromosomiques1162
La prédisposition héréditaire au cancer a permis l'identification de certains facteurs oncogènes1163
Des mutations pilotes oncogènes ont été identifiées dans de nombreux gènes1164
On peut identifier des mutations pilotes oncogènes en comparant les génomes des cancers1164
Les mutations pilotes oncogènes peuvent causer un gain ou une perte de fonction1164
Les gènes suppresseurs de tumeurs et les oncogènes opèrent souvent dans la même voie1166
Des microARN peuvent favoriser et inhiber l'oncogenèse1167
Les modifications épigénétiques peuvent contribuer à l'oncogenèse1167
25.3 La dérégulation de la croissance cellulaire et des voies de développement déclenche l'oncogenèse
1168
Des mutations de récepteurs peuvent provoquer une prolifération en l'absence de facteurs de croissance externes1168
De nombreuses mutations oncogènes activent de manière constitutive des protéines transductrices de signaux1169
Des voies de contrôle de croissance régulent finalement l'initiation du cycle cellulaire1170
Une production inappropriée de facteurs de transcription nucléaires peut induire une transformation1171
Les aberrations des voies de signalisation qui contrôlent le développement sont associées à de nombreux cancers1172
Reconstruction expérimentale du modèle multi mutations pour le cancer1172
La succession des mutations oncogènes peut être retracée dans les cancers du côlon1173
Le développement du cancer peut être étudié dans des modèles animaux1174
La biologie cellulaire moléculaire change la façon dont le cancer est diagnostiqué et traité1176
25.4 Comment échapper à la mort cellulaire programmée et à la surveillance immunitaire
1177
Des mutations pilotes oncogènes permettent aux cellules cancéreuses d'échapper à l'apoptose1177
p53 peut activer soit le point de contrôle des dommages à l'ADN, soit l'apoptose en réponse aux dommages à l'ADN1178
Le système immunitaire est une deuxième ligne de défense contre la formation du cancer1179
Le microenvironnement tumoral et l'immunoédition limitent la capacité du système immunitaire à détecter et à tuer les tumeurs établies1179
L'activation du système immunitaire offre des perspectives très prometteuses pour la thérapie du cancer1181
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