Le contrôle de l’expression génétique

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Classe(s) : 1re Générale | Thème(s) : L'expression du patrimoine génétique
 

Les cellules n’expriment pas en permanence l’ensemble de ­l’information génétique qu’elles contiennent. L’expression de leur génotype est régulée par leur environnement et des facteurs internes.

I L’expression du génotype selon les cellules

Les cellules d’un même individu possèdent le même génotype (la même information génétique) mais elles n’ont pas toutes le même phénotype. En effet, certaines protéines sont produites en quantité différente dans les différents types cellulaires (cellule musculaire, nerveuse, immunitaire, etc). D’autres sont produites par certaines cellules et pas par d’autres. Ainsi, certaines enzymes sont des marqueurs de la spécialisation des cellules.

Le phénotype moléculaire d’une cellule peut également évoluer au cours du développement de l’organisme (embryon/enfant/adulte).

Chaque cellule n’exprime donc qu’une partie de son génome. Ces différences s’expliquent par des mécanismes de régulation de la transcription des gènes, de la maturation des pré-ARNm et de la traduction.

II Les facteurs contrôlant l’expression des gènes

Lors du développement embryonnaire, les cellules issues de la division de la cellule œuf acquièrent très tôt différents profils d’expression génétique en vue de leur future spécialisation : certains de leurs gènes sont activés, d’autres sont réprimés. Ce sont des facteurs internes (hormones ou autres types de molécules) qui contrôlent cette expression génétique différentielle.

Ces molécules permettent notamment l’action de protéines, nommées facteurs de transcription, qui activent ou inhibent l’activité de l’ARN polymérase et donc la production d’ARNm des gènes correspondants.

L’expression de certains gènes est également contrôlée par des facteurs de l’environnement. Tout comme les facteurs internes, une des actions de l’environnement est d’activer ou non l’action de facteurs de transcription.

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Doc Contrôle de l’expression des gènes

Les facteurs internes et l’environnement contrôlent : 1. la transcription via l’action de facteurs de transcription ; 2. la maturation des pré-ARNm permettant la synthèse de différents ARNm à partir d’un même pré-ARNm ; 3. la durée de vie des ARNm dans le cytoplasme ; 4. la traduction ; 5. le fonctionnement des protéines.

Méthode

Montrer que l’expression des gènes d’une cellule évolue

Lors de l’allaitement, certaines cellules libèrent des sécrétions constituant le lait. Ces sécrétions contiennent aussi des molécules d’ARNm originaires des cellules sécrétrices. Afin de comprendre le fonctionnement de ces cellules, des chercheurs ont analysé le contenu en ARNm des sécrétions de femmes :

– qui produisent du colostrum (« premier lait » produit dès la fin de la grossesse jusqu’à quelques jours après l’accouchement) ;

– qui produisent du lait mature, à partir de 5 jours après la naissance.

Montrer que l’expression des gènes d’une cellule change avec le temps.

 

Doc Quantité d’ARNm dans les sécrétions des cellules mammaires de quatre femmes qui produisent du colostrum (colonnes A et B) ou du lait mature (C et D).

Chaque ligne correspond à l’analyse d’un type d’ARNm représentant l’expression d’un seul gène (jaune = faible quantité d’ARNm ; rouge = l’inverse ; blanc : aucun ARNm).

 

test

conseils

Étape 1 Différencier les colonnes en fonction des stades d’allaitement.

Étape 2 Repérer les différences dans la production d’ARNm de ces cellules.

Étape 3 Interpréter ces différences en termes d’expression de gènes.

solution

Étape 1 Les colonnes A et B reflètent l’activité de cellules mammaires en début d’allaitement ; les colonnes C et D lors d’un allaitement plus avancé (lait mature).

Étape 2 Malgré des différences individuelles, on observe une quantité d’ARNm comparable pour les différents gènes des cellules de femmes au même stade d’allaitement. Il y a par contre de grandes différences de quantités d’ARNm produits entre les cellules produisant colostrum ou lait mature.

Étape 3 Les ARNm sont produits à partir de la transcription des gènes. Les gènes ne sont pas transcrits avec la même intensité dans ces cellules selon le stade d’allaitement. Certains gènes sont fortement transcrits en début d’allaitement (3 premiers quarts des colonnes), d’autres faiblement transcrits (dernier quart) ; c’est l’inverse pour un allaitement avancé.

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