Intro biocell

Biologie Cellulaire - Actualisation

• Cours n°1
• Introduction à la biologie cellulaire
• Méthodes d'études en biologie cellulaire

La Vie sur Terre

• Entre 10 et 100 millions d'espèces vivantes
• Environ 10 000 à 20 000 nouvelles espèces découvertes chaque année
• Disparition d'espèces naturelles accélérée par l'activité humaine
• Impact important sur les écosystèmes
• L'homme fait partie de ces écosystèmes et sa perturbation pourrait mettre en danger la vie sur Terre

Origine de la Vie

• Estimée à environ 3,5 à 4 milliards d'années
• Plusieurs hypothèses, aucune certitude

Notion d'Hérédité

• Tous les organismes se reproduisent à partir d'un parent
• L'hérédité est la transmission de caractères à la descendance lors de la multiplication de l'organisme

Organisation Commune des Êtres Vivants

• Êtres unicellulaires (la majorité)
• Êtres pluricellulaires
• Tous ces organismes ont une organisation commune : la cellule

Support de l'Hérédité: ADN

• Toutes les formes de vie utilisent le même code génétique : l'ADN ou le génome
• Code à 4 lettres (A, T, G, C)
• Chaque triplet code le même acide aminé quel que soit l'être vivant
• Réplication semi-conservative de l'ADN extrêmement précise et fidèle
• Peu de mutations : l'ADN est une molécule stable
• Rôle de conservation

Expression de l'information contenue dans l'ADN

• Synthèse des protéines par l'intermédiaire de l'ARN messager
• L'hérédité s'exprime par un complexe abordé par Jacob, Monod et Lwoff en 1965 (prix Nobel)
• ADN -> ARN messager -> Protéine
• Transcription et Traduction

Echange de l'ADN entre les espèces

• Infection d'une cellule par un virus à ADN
• Insertion de l'ADN viral dans l'ADN cellulaire
• Traduction des protéines virales, puis synthèse de particules virales
• Transmission aux autres cellules
• Les virus ont permis un échange d'ADN entre espèces, ce qui contribue à notre évolution
• Génome humain constitué à 10% de génome viral
• Utilisation de virus modifiés pour la thérapie génique (certaines maladies génétiques)
• Transfection cellulaire : Introduction artificielle d'ADN plasmidique bactérien codant pour un gène d'intérêt
• ADN plasmidique contient souvent un gène de résistance aux antibiotiques

Diversite des formes de vie

• Toutes les cellules utilisent les mêmes constituants (sucres, nucléotides, acides aminés, lipides, eau, ions)
• Bactérie simple : 480 gènes, 600 000 nucléotides
• Cellule humaine : 20 000-30 000 gènes, approximativement 3,2 milliards de nucléotides
• Organisation dépend du nombre de gènes

Être vivants / Éléments du vivant

• Un être vivant est un organisme capable de développement autonome et s'autoreproduction
• Les prokaryotes possèdent le génome en ADN
• Les eucaryotes possèdent un génome en ADN
• Les virus ne sont pas capables d'autoreproduction
• Les prions ne contiennent pas un génome

Modification de l'ADN

• Modifications accidentelles apportant de nouvelles propriétés
• Effets neutres, positifs ou négatifs (non sélectionnées)

Mutations

• Effets variables
• Exemples de mutations dans les séquences répétées ou de régulation

Conséquences de l'évolution

• Evolution avec peu de changements
• Conservation de gènes importants au cours de l'évolution
• Exemple des gènes des histones chez les cellules humaines et les levures
• Evolution forte avec changements génétiques importants
• Différence entre les gènes humains et ceux des levures
• La duplication de gènes crée des familles de gènes identiques
• Diversification des fonctions des gènes

Etudes de l'ADN : PCR

• Permet d'isoler et d'amplifier des séquences d'ADN
• Utilise l'ADN polymérase Taq
• Produit des copies d'ADN afin d'étudier différentes choses

Analyses Qualitatives de l'ADN: Séquençage de l'ADN

• Détermine la séquence de l'ADN
• Déterminer le fonctionnement d'activités cellulaires
• Informations sur les mutations causant le cancer
• Informations sur le pronostic et la résistance aux traitements

Code Génétique

• 1 codon d'initiation : ATG (méthionine)
• 3 codons STOP : TAA, TAG et TGA

Différents Types de Mutations

• Silencieuses : pas de changement dans la composition des acides aminés
• Faux sens : remplacement par un mauvais acide aminé
• Non sens : introduction prématurée d'un codon STOP

Etudes de l'ADN : Q-PCR

• Quantifie l'ADN avant et après la PCR
• Utilise le bromure qui fluoresce quand complexé à un ADN double brin
• Proportionnalité directe entre les copies d'ADN et le niveau de fluorescence

Suivi de traitement d'un patient

• Prise de sang régulière pour suivre le traitement
• Q-PCR analyse le nombre de virus par ml de sang
• Evaluation de l'efficacité du traitement
• Analyse du nombre de particules virales/ml de sang
• Détermination de la charge virale initiale

Transcription inverse

• Extraction des ARN
• Ils sont purifiable car fragile
• Utilisation de l'enzyme Reverse Transcriptase pour passer de l'ARN à l'ADNc
• plus stables et mieux manipulables
• RT-PCR quantitative: Transcription inverse + PCR = RT-PCR / Transcription inverse + Q-PCR = RT-Q-PCR
• Mesure le niveau d'expression des gènes
• Détection de surexpression de protéines et gènes pour ajuster les traitements

Méthodes de Microscopie

• Les méthodes de microscopie incluent la microscopie optique et la microscopie électronique
• Microscopie optique: Utilise la lumière, permet de voir des cellules vivantes ou mortes, utilisé pour la coloration, observation des tissus, les différents types de cellules, etc
• Microscopie électronique: Observe des structures plus petites que les cellules, utilisé pour détecter les virus, les structures externes, l'intérieur des structures cellulaires,
• Immunofluorescence, Immuno-peroxydase, Immunogold: Permettent de détecter localiser les protéines dans les cellules
• Microscopie confocale: Utilisée pour la fluorescence avec la reconstruction d'images 3D
• Microscopie électronique à transmission (MET) et à balayage (MEB)

Séquençage haut débit (NGS)

• Permet de séquencer tous les gènes d'un organisme en une seule fois pour des études qualitatives ou quantitatives sur les altérations génomiques
• Permet d'identifier les mutations
• Niveaux d'expression de gènes (sur-expression ou sous-expression)