10.1: Expression génique spécifique à une cellule
Les organismes multicellulaires contiennent une variété de types de cellules structurellement et fonctionnellement distincts, mais l'ADN de toutes les cellules provient des mêmes cellules mères. Les différences entre les cellules peuvent être attribuées à l'expression différentielle des gènes. Les cellules hépatiques, dont les fonctions comprennent la détoxification du sang, la production de bile pour métaboliser les graisses et la synthèse de protéines essentielles au métabolisme, doivent exprimer un ensemble spécifique de gènes pour remplir leurs fonctions. L'expression des gènes varie également avec les stades de développement. Avant la différenciation en cellules hépatiques, le les cellules expriment des gènes impliqués dans le cycle cellulaire, la réplication de l'ADN et la prolifération. Plus tard dans le développement, les gènes impliqués dans la différenciation épithéliale et la coagulation sanguine sont fortement exprimés. Une fois que les cellules se différencient en hépatocytes, l'expression des gènes impliqués dans les fonctions spécifiques du foie augmente, comme que ceux impliqués dans le métabolisme des lipides et la régulation du cholestérol.
L'expression des gènes peut être régulée à de nombreux points, y compris la transcription, la traduction, le traitement et le transport de l'ARN et les modifications post-traductionnelles. Les méthodes courantes de régulation de l'expression sont des facteurs qui se lient directement à l'ADN pour réguler la transcription d'un gène particulier. L'expression des gènes dans le foie peut être régulée par les facteurs de transcription C/EBPα, C/EBPβ et facteur nucléaire hépatocytaire-1, entre autres. La régulation peut se produire avant la transcription en modifiant les histones contenues dans la chromatine. Ces modifications entraînent soit un relâchement, soit un resserrement de la structure de l'ADN, empêchant ou permettant ainsi aux régulateurs transcriptionnels d'accéder à l'ADN. Différents types de cellules ont différentes modifications covalentes et variantes d'histones, ce qui entraîne une variation de l'accessibilité des gènes.
Les cellules sont soumises à des changements environnementaux et expriment différents gènes en réponse à ces stimuli extracellulaires. Le glucose est une importante source d'énergie et, à mesure que sa concentration dans le sang fluctue, un organisme doit réagir par des changements appropriés dans l'expression des gènes et des protéines. Lorsque la glycémie diminue, le pancréas sécrète l'hormone glucagon. Cette hormone signale au foie d'initier la production de phosphoénolpyruvate carboxykinase (PEPCK), une protéine requise pour produire du glucose à partir de précurseurs non glucidiques. Le glucagon induit la transcription de ce gène en induisant indirectement des facteurs de transcription C/EBPα et C/EBPβ à se lier au promoteur PEPCK. Lorsque la glycémie est élevée, le pancréas sécrète l'hormone insuline ; le gène PEPCK a une séquence insulino-sensible qui inhibe sa transcription.
