Introduction a la biologie du developpement

1. LA CELLULE FÉCONDABLE 21
Les réserves exogènes
Les réserves exogènes se confondent essentiellement avec le vitellus, résultat d’une
adaptation évolutive, qui chez l’amphibien, permettra à l’embryon de se développer en
absence de ressources nutritives externes jusqu’au stade larvaire, quand sera acquise
l’autonomie de nutrition. Le vitellus s’accumule au cours de la phase de vitellogenèse à
laquelle il donne son nom et représente 80% des réserves protéiques de la cellule. Il se
présente dans le cytoplasme de l’ovocyte sous forme d’agrégats constitués de protéines
et de lipides appelés plaquettes vitellines. Ces composants ont pour origine un
précurseur, la vitellogénine d’une masse moléculaire de 470 kDa.
Sous l’influence d’œstrogènes sécrétés par les cellules entourant l’ovocyte (cellules
folliculaires), les ARNm de la vitellogénine sont transcrits dans les hépatocytes du
foie maternel qui synthétisent et sécrètent la protéine, précurseur soluble transporté
ensuite par la circulation sanguine jusqu’à l’ovaire. Il s’insinue dans les espaces inter-
folliculaires.
Au niveau de la membrane plasmique de l’ovocyte, la vitellogénine se lie à son récep-
teur (protéine de la famille des VLDL, very low density lipoproteins) et le complexe est
intégré par endocytose dans l’ovocyte. Là, il est transféré dans les endosomes puis dans les
1.2
Un gène est une fraction d’ADN dont le produit
d’expression exerce une fonction au cours de la
vie d’un organisme. Chez les eucaryotes, la plu-
part des gènes sont distribués le long des chro-
mosomes présents dans le noyau, mais il existe
également des gènes localisés sur l’ADN du
chromosome mitochondrial. La plupart des
gènes sont transcrits en ARN messager (ARNm)
qui code une ou plusieurs protéines. Certains
ARN sont cependant les produits terminaux,
c’est-à-dire qu’ils ne sont pas traduits en pro-
téine mais exerce eux-mêmes une fonction dans
la cellule: c’est le cas des ARN ribosomiques et
de transferts.
L’ADN forme généralement, avec des protéines
(les histones), un complexe supramoléculaire (la
chromatine) localisé dans le noyau et visible au
microscope électronique.
Les gènes qui codent des protéines sont trans-
crits en ARN messager par l’enzyme ARN poly-
mérase II. L’ARN issu de la transcription (le pré-
ARN) est modifié avant qu’il quitte le noyau et
devienne l’ARNm proprement dit. Il acquiert
une «cap» de méthyl guanosine à une extré-
mité (l’extrémité 5’) et une séquence poly A
(poly adénosine) à l’autre extrémité (l’extrémité
3’). Ces modifications stabilisent l’ARNm, le pro-
tégeant en particulier des dégradations par les
enzymes exonucléases. Les gènes sont souvent
divisés en plusieurs exons qui codent chacun
pour une partie de l’ARNm. Les séquences
d’ADN situées entre les exons, les introns, sont
éliminées du pré-ARN par un processus appelé
l’épissage réalisé par de petites ribonucléopro-
téines nucléaires. Ainsi, un seul gène peut
engendrer plusieurs ARNm comprenant diffé-
rentes combinaisons d’exons. Après cette étape
de maturation, l’ARNm est exporté dans le cyto-
plasme. Il est traduit en polypeptide, en pro-
téine, par les ribosomes. L’ARNm possède une
séquence leader en position 5’ et une séquence
non traduite en position 3’. Ces séquences non
traduites contrôlent la traduction et la localisa-
tion intracellulaire de l’ARNm. Le nombre total
de gènes est de l’ordre de 80 000 chez les verté-
brés, de 10 à 20 000 chez les invertébrés. Parmi
ces gènes environ 1 à 2% sont impliqués direc-
tement dans des processus de développement.
Les gènes
Approfondissement
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lysosomes au niveau desquels la vitellogénine est libérée de son récepteur et clivée en deux
protéines: la phosvitine, une protéine phosphorylée, et la lipovitelline, une lipoprotéine.
Ces protéines sont ensuite concentrées, et déshydratées pour constituer les plaquettes
vitellines. Chaque plaquette est donc limitée par une membrane plasmique et contient
également des enzymes telles que la cathepsine D (enzyme caractéristique des lysosomes).
22
Dans le génome, certains gènes ont des produits
d’expression requis dans tous les tissus et à tout
moment de la vie d’une cellule. Ce sont les
gènes qui codent les protéines de structure, les
protéines à activité enzymatiques ou autres
impliquées dans le métabolisme général de la
cellule. On a l’habitude de les appeler les gènes
de ménage.
D’autres gènes, moins nombreux, ont des pro-
duits d’expression spécifiques de tel ou tel type
de cellule, de telle sorte que les cellules diffèrent
les unes des autres par le répertoire de protéines
qu’elles expriment. Le contrôle de l’expression
des gènes est donc un événement central de la
différenciation des cellules au cours du dévelop-
pement d’un individu. Ce contrôle s’effectue à
différents niveaux.
Le premier niveau est le contrôle de la transcrip-
tion. On dit qu’un gène peut être allumé ou
éteint dans des situations particulières, quand il
est transcrit ou non. Ce contrôle dépend de
séquences régulatrices présentes sur l’ADN et de
protéines appelées facteurs de transcription qui
interagissent avec ces séquences. Le promoteur
d’un gène est une région en amont de la
séquence codant le gène sur lequel l’ARN poly-
mérase se fixe. Cette fixation dépend en général
de plusieurs facteurs de transcription qui
s’assemblent en un complexe multiprotéique, le
complexe de transcription. À côté de ce com-
plexe, il existe des protéines spécifiques, des fac-
teurs de transcription particuliers, qui interagis-
sent avec des séquences régulatrices spécifiques
situées à proximité du promoteur. Ce système de
régulation est très souvent plus élaboré pour les
gènes du développement, car ils ont en général
des régions régulatrices complexes qui possèdent
plusieurs sites de liaisons aux facteurs de trans-
cription. Chaque site est capable d’interagir à la
fois avec des facteurs de transcription activateurs
ou répresseurs de telle sorte qu’un gène peut
être transcrit ou non en fonction de la combinai-
son et de la quantité de facteurs présents dans la
cellule à un moment donné du développement.
Un autre niveau de complexité réside dans le fait
qu’un même facteur de transcription peut
contrôler l’expression de plusieurs gènes, ce qui
permet de réguler dans l’espace et le temps
l’expression d’un groupe de gènes.
Le second niveau de régulation s’exerce au
moment de la traduction. Par exemple, un
ARNm présent à un moment donné, ne sera tra-
duit que lorsque certaines conditions seront satis-
faites. Ceci est particulièrement important au
cours du développement précoce, où les ARNm
présents dans la cellule fécondable, ne seront
traduits qu’après la fécondation.
Le contrôle de l’expression des gènes peut égale-
ment s’exercer au niveau de la maturation du
pré-ARN dans le noyau.
Un autre niveau de régulation de l’expression
des gènes concerne la stabilité du messager dans
le cytoplasme. Si un ARNm est instable, la quan-
tité de protéine produite sera affectée.
Enfin, le dernier niveau de régulation intéresse la
protéine elle-même. Celle-ci peut être produite
et ne pas être fonctionnelle car totalement ou
imparfaitement maturée.
L’ensemble de ces niveaux de régulation consti-
tue une combinatoire possible d’activation et de
répression de l’expression du génome qui peut
intéresser une cellule, un groupe de cellules ou
un tissu à tout moment du développement de
l’individu.
Contrôler l’expression des gènes, étape fondamentale
pour un développement harmonieux
Approfondissement
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