Biologie moléculaire et médecine
Jean-Claude Kaplan
Marc Delpech
Médecine-Sciences Flammarion
Préface à la troisième éditionXV
Préface à la deuxième éditionXVII
Avant-propos à la troisième éditionXIX
Avant-propos à la deuxième éditionXXI
Avant-propos à la première éditionXXIII
Chapitre 1. Biologie moléculaire et médecine : un panorama1
Les étapes d'une révolution biologique1
L'impact médical de la génétique moléculaire5
La conquête des génomes7
Perspectives « post-génomiques »8
Première partie
Les concepts de base
Chapitre 2. Le génome des eucaryotes : le stockage de l'information25
La double hélice25
Le DNA est considérablement compacté dans le noyau28
La vie cellulaire suit un rythme : notion de cycle cellulaire33
Le matériel génétique des eucaryotes est en très large excès37
Une petite fraction du DNA est extranucléaire : le DNA mitochondrial50
Chapitre 3. Constance et variation du DNA53
La constance du DNA résulte de deux processus : la réplication et la réparation53
Les variations du DNA : mutations, recombinaisons, transpositions79
Chapitre 4. Du gène à la protéine87
La RNA polymérase I transcrit les RNA des ribosomes88
Maturation des RNA ribosomaux et formation du ribosome sont liées88
Le rôle principal de la RNA polymérase II est de transcrire les RNA messagers91
Les transcrits subissent une maturation nucléaire qui débute immédiatement après l'initiation de la transcription93
La RNA polymérase III transcrit les petits RNA : tRNA, RNA 5S...102
Du RNA à la chaîne polypeptidique : la traduction104
Un signal d'adressage indique la destination de la protéine111
Les protéines peuvent subir des modifications post-traductionnelles112
Chapitre 5. La régulation de l'expression des gènes. Différenciation et embryologie moléculaire117
Rappel du modèle procaryotique
118
Les opérons inductibles codent des enzymes de la voie catabolique118
L'anabolisme fait appel à des opérons répressibles119
Un système modulateur d'expression : l'atténuation120
Régulation par inversion de séquences de DNA120
Vers la connaissance des mécanismes chez l'homme : les systèmes eucaryotes
121
L'environnement chromatinien des gènes actifs121
Régulation par modification de la structure primaire du DNA130
La régulation transcriptionnelle142
La regulation post-transcriptionnelle154
La régulation traductionnelle164
Le dernier niveau de régulation possible est le niveau post-traductionnel166
Les mécanismes moléculaires de l'embryogenèse
166
Le développement précoce : les gènes à effet maternel168
Les gènes zygotiques de segmentation définissent une série de régions170
Les gènes homéotiques définissent l'identité finale de chaque segment173
Le modèle de la drosophile peut être extrapolé aux autres organismes174
Un modèle de différenciation : la myogenèse
177
Chapitre 6. Virus des eucaryotes et biologie moléculaire185
Les virus sont des organismes incomplets et parasites185
SV40 et polyome, deux papovavirus à pouvoir transformant185
Les adénovirus188
Les rétrovirus189
Le virus de l'hépatite B (HBV)200
Le virus de l'hépatite C (HCV)202
Deuxième partie
Biologie moléculaire et pathologie
Chapitre 7. Bases de l'exploration du génotype209
Pourquoi analyser le génotype ?209
Bases moléculaires du phénotype209
Comment analyser le génotype ?210
Le DNA peut être analysé au niveau des chromosomes métaphasiques220
Le DNA mitochondrial220
Le DNA des organismes exogènes220
Une approche globale : l'exploration de l'ensemble des produits d'expression du génome221
Chapitre 8. Les polymorphismes du DNA223
Les polymorphismes du DNA sont des marqueurs génotypiques223
Les différents types de polymorphismes225
L'exploitation des polymorphismes du DNA233
Chapitre 9. Génomique239
Introduction à la génomique : un champ nouveau de la biologie239
Première phase : les cartes du génome
242
Principes généraux de la cartographie du génome humain242
La cartographie génétique244
La cartographie physique248
Les différentes cartes du génome254
Deuxième phase : l'acquisition des séquences des génomes
256
Le double défi du projet HGP256
La réalisation : le grand séquençage257
Le séquençage du génome humain262
Les recherches en génomique ne se limitent pas à la simple reconstitution du puzzle de la séquence brute266
Troisième phase : l'exploitation du génome
266
L'impact cognitif : génomique et biologie267
La génomique in silico : une gestion de la complexité
281
Interroger les bases de données génomiques281
L'organisation du travail in silico282
Génomique mode d'emploi : quelques scénarios d'utilisation286
Perspectives289
Chapitre 10. Pathologie spontanée et expérimentale du DNA génomique293
Pathologie spontanée du génome humain
293
La très riche palette des mutations294
Une ou plusieurs mutations ? Un ou plusieurs gènes ?313
De la mutation à la maladie : pas de relation simple320
Pathologie expérimentale du DNA génomique
323
Les stratégies de pathologie génique expérimentale324
L'exploitation des modèles animaux de pathologie génique328
Les autres utilisations de la transgenèse331
Chapitre 11. Le diagnostic génotypique335
Les principes du diagnostic génotypique335
Le diagnostic génotypique dans son contexte médical346
DNA et médecine légale : l'identification des individus par le génotype356
Chapitre 12. Gènes et maladies363
La part des gènes
363
Du phénotype au génotype
364
Le concept de gène de maladie364
La quête des gènes de maladies monogéniques365
Quelques maladies monogéniques à titre d'exemple
379
Le modèle des maladies de l'hémoglobine379
Bases moléculaires des maladies par pathologie du gène CFTR (mucoviscidose et autres)393
Myopathies de Duchenne et de Becker : le concept de dystrophinopathies401
Les maladies par instabilité de séquences répétées416
Les maladies mitochondriales
427
Complexité des maladies mitochondriales427
Le génome mitochondrial et sa pathologie428
L'exploration moléculaire des anomalies du génome mitochondrial431
Vers les gènes des maladies à déterminisme complexe
433
Les maladies communes433
Bases moléculaires de la notion de terrain439
Les maladies dues à d'autres pathologies génomiques443
Du génotype au phénotype : au-delà de Mendel
447
Il n'y a pas de relation univoque entre pathologie génique et symptomatologie447
L'impact sur la pratique médicale454
Chapitre 13. DNA et cancers465
Les bases moléculaires de l'oncogenèse
466
Comment l'oncologie est devenue moléculaire466
Les gènes de cancer et leur pathologie485
Les voies du cancer : une tentative d'organisation des connaissances497
Biologie moléculaire et cancérologie médicale
504
Vers une sémiologie moléculaire des cancers504
Les cancers d'origine virale506
Les cancers héréditaires506
Les cancers hématologiques506
Deux cancers solides à titre d'exemple : côlon, sein512
Les bases moléculaires des traitements en oncologie514
Perspectives520
Chapitre 14. Pathologie due à des génomes exogènes537
Un cahier des charges du diagnostic génotypique des bactéries, virus, parasites,...537
Considérations techniques537
Quelques exemples d'application pratique540
Chapitre 15. Gènes et thérapies547
L'évolution du concept de thérapie génique : du transfert de « DNA médicament » aux thérapies dérivées de la connaissance des gènes547
La thérapie génique de première génération : le transfert de gènes
548
Préalables généraux549
Problèmes méthodologiques549
L'expérimentation préclinique558
Le passage à l'homme560
Thérapies ciblées dérivées de la connaissance des gènes
567
Agir sur le génome567
Les manipulations thérapeutiques de l'épigénome570
Les interventions thérapeutiques sur les transcrits570
Agir sur le protéome575
Perspectives577
Chapitre 16. Biologie moléculaire et société585
La situation créée par l'accès aux gènes et au génome585
Les implications éthiques de l'accès au génome humain587
L'encadrement de la génétique moléculaire médicale588
Quelques faits de société590
Troisième partie
Les outils du génie génétique
Chapitre 17. Le matériel biologique et les techniques générales de biologie moléculaire597
Le matériel biologique597
Techniques générales utilisées en biologie moléculaire599
Chapitre 18. Les techniques d'amplification élective in vitro (PCR, etc.)607
La technique PCR (Polymerase Chain Reaction)607
Les techniques d'amplification isotherme NASBA® (Nucleic Acid Sequence Based Amplification) et TMA® (Transcription Mediated Amplification)617
La LCR (Ligase Chain Reaction)618
L'amplification des RNA : le système de la Qbêta réplicase (amplification de sonde)618
Le DNA branché (bDNA) permet une amplification du signal (Quantiplex®)619
Chapitre 19. Les outils enzymatiques du génie génétique623
Les enzymes de restriction623
Les méthylases du DNA bactérien625
Applications particulières des enzymes de restriction625
Autres enzymes d'usage courant en biologie moléculaire627
Chapitre 20. L'hybridation moléculaire631
Notion de température de fusion du DNA631
Notion d'hybridation633
Hybridation en phase liquide634
Hybridation sur support solide634
Hybridation in situ635
Chapitre 21. Les vecteurs : plasmides, phages, cosmides, YAC, BAC, PAC, virus...637
Les plasmides638
Les phages645
Les autres types de vecteurs653
Les chromosomes artificiels654
Chapitre 22. Les sondes et leur marquage661
Le concept de sonde661
Les stratégies de marquage661
L'agent de marquage665
Chapitre 23. Le clonage moléculaire667
Les banques génomiques667
Les banques de cDNA669
La recherche du clone contenant le recombinant désiré : le criblage671
Le clonage après PCR676
Le clonage des cDNA des partenaires d'une protéine676
Le clonage des facteurs protéiques reconnaissant une séquence nucléotidique cible : la technique simple hybride677
Chapitre 24. Les micro- et nanotechnologies : puces, laboratoires sur puce, etc.679
Les puces et les micro-arrays680
Quelques microtechnologies originales683
Les microtechnologies permettent de créer des laboratoires sur des puces (lab on a chip)684
Les premiers pas des nanotechnologies685
Les systèmes et les puces du futur685
Chapitre 25. Détermination de la séquence d'un acide nucléique689
Les techniques manuelles689
Les techniques automatisées692
Chapitre 26. Analyse du génome et de ses modifications699
Visualisation d'une portion du génome : la méthode de Southern699
Applications de la méthode de Southern701
La mise en évidence des mutations étendues704
La mise en évidence des mutations ou des variations ponctuelles de séquence705
Chapitre 27. Analyse de l'expression des gènes (régulations, transcriptome, protéome, etc.)721
Analyse qualitative des transcrits721
Analyse quantitative des transcrits728
Analyse de la transcription in vitro728
Analyse des mécanismes de régulation de l'expression des gènes729
Traduction in vitro et production de protéines recombinantes734
Analyse des protéines : la protéomique735
Chapitre 28. Les techniques de modification du matériel génétique ou de son expression745
Modification in vitro d'une portion de séquence746
Constructions permettant de mettre en évidence les effets des modifications apportées748
Les vecteurs utilisés pour le transfert ex vivo et in vivo du matériel génétique749
Transfert ex vivo du matériel génétique752
Transfert et modification in vivo du matériel génétique754
La RNAi (RNA interférence) peut être utilisée comme outil pour éteindre l'expression d'un gène : le « knock-down »762
Chapitre 29. Informatique et biologie moléculaire765
L'équipement pour utiliser l'outil informatique765
La communication avec l'extérieur766
Les utilisations d'Internet en biologie moléculaire767
Glossaire771
Index791