Une Introduction à la génétique du développement

Developmental Biology

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Summary

Le développement est le processus complexe par lequel un embryon unicellulaire se transforme en un organisme multicellulaire. Processus de développement sont guidés par l’information codée dans l’ADN d’un organism\, et généticiens essaient de comprendre comment cette information mène à un organisme entièrement formé.

Cette vidéo clients séminale recherche dans le domaine de la biologie du développement, y compris l’identification de gènes spécifiques qui contrôlent les différents processus embryonnaires. Une introduction aux principales questions posées par les généticiens du développement, ainsi que les méthodes éminents utilisés pour y répondre, est également fournie. Enfin, plusieurs applications de ces méthodes éminents sont discutées, afin de montrer les expériences spécifiques actuellement réalisées dans ce domaine.

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JoVE Science Education Database. Notions essentielles de biologie du développement. Une Introduction à la génétique du développement. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Le développement de chaque organisme est guidé par l’information génétique codée dans l’ADN. En étudiant comment les gènes contrôlent le processus de développement, tels que la migration cellulaire et la différenciation, scientifiques dans le domaine de la génétique du développement cherchent à mieux comprendre comment sont forment les structures complexes des organismes pluricellulaires.

Cette vidéo présente quelques-unes des principales découvertes dans ce domaine, un certain nombre de questions fondamentales posées par les généticiens du développement, des principaux outils que les scientifiques utilisent pour répondre à ces questions, et enfin, spécifique des études en cours sur la génétique du développement aujourd'hui.

Commençons par examiner quelques-unes des découvertes importantes qui ont marqué le domaine de la génétique du développement.

En 1865, un moine autrichien Gregor Mendel, effectué des expériences de reproduction aux petits pois. Il a fait observer que des pois traits visibles ou « phénotypes, » telles que la couleur de semences, ont été hérités selon des règles cohérentes. En proposant que ces phénotypes sont en fait contrôlées par des facteurs d’hérédité invisible, discret, Mendel a planté les graines du champ de la génétique.

Ces facteurs de l’hérédité ont été nommés « gènes » par le botaniste danois Wilhelm Johannsen en 1909. Puis, en 1910, Thomas Hunt Morgan et ses étudiants utilisé la drosophile Drosophila comme un organisme modèle pour découvrir que les gènes sont retrouvent sur des structures physiques du noyau cellulaire appelé chromosomes.

En 1938, Salome Gluecksohn-Waelsch a montré qu’un gène spécifique était nécessaire pour le développement d’une structure embryonnaire appelée la notochorde. Ce fut parmi les premières preuves que les gènes contrôlent le processus de développement précoces.

En 1940, Conrad Hal Waddington a proposé que les cellules dans un embryon se différencient le long des chemins, ou « destin », qui est contrôlés par les gènes. Il a formulé une métaphore de ce processus, affinée au cours des 17 prochaines années, appelé le « paysage épigénétique », où une cellule est considérée comme un marbre coulaient sur une colline vers des destins cellulaires différentes. Les chemins pris par le suivi de la cellule, les crêtes et les vallées dans le paysage, qui à leur tour sont contrôlées par les gènes et leurs profils d’expression.

En 1952, Wolfgang Beermann confirme que, tandis que les différentes cellules dans l’organisme ont le même contenu génétique, différentes régions des chromosomes sont actifs, et cette expression différentielle des gènes définit identité cellulaire.

Lorsqu’il a été déterminé que l’expression des gènes influence de développement, la question suivante était, quels gènes ? Pour répondre à cela, dans les années 1970, Edward, Christiane Nusslein-Volhard et Eric Weischaus ont utilisé des produits chimiques à muter au hasard des gènes chez la drosophile. Dans ces écrans de mutation, les scientifiques ont identifié un grand nombre de gènes qui contrôlent toutes les étapes du processus de développement.

En 2007, un consortium international de scientifiques a commencé à travailler sur la création d’une collection de souris dans lequel chaque gène unique, un dans chaque souris, supprimé ou « assommé ». Le phénotype de chacune de ces souris se caractérise actuellement et nous donnera le premier catalogue de la fonction des gènes chez un mammifère.

Maintenant que nous avons passé en revue les racines du champ, nous allons étudier quelques questions clé qui développement généticiens tentent de répondre.

Certains chercheurs se concentrent sur les événements précoces au cours de la transformation des œufs fécondés ou zygotes, en embryons multicellulaires. Ces événements dépendent d’ARN et de protéines qui sont déposés dans le œuf par la mère, dans un phénomène appelé « contribution maternelle » ou « effet maternel. » Les scientifiques sont intéressés à apprendre comment le génotype de la mère influence phénotype d’un embryon.

Une autre question centrale dans la génétique du développement est : comment les cellules génétiquement identiques adoptent des destins cellulaires différentes ? Les scientifiques identifient les nombreux facteurs qui contrôlent l’expression différentielle des gènes entre les différentes cellules, y compris les voies de signalisation qui indiquent quels gènes d’exprimer, à la cellule et le moment de les exprimer, au cours du développement.

Enfin, les scientifiques sont demandent également comment fonctionne l’embryon précoce, une masse amorphe de cellules, transformer un organisme complexe avec des pièces distinctes et fonctionnelles. La formation de ce plan de corps s’appelle morphogénèse, et les scientifiques cherchent à identifier les gènes et les voies qui régissent ce processus.

Maintenant que vous savez que certaines des questions que sont posent les généticiens du développement, passons en revue les techniques qu’ils utilisent pour répondre à ces questions.

Les scientifiques peuvent étudier le rôle de certains gènes dans le développement en perturbant leur expression. Une façon de faire ceci est par « assommant » le gène dans l’ADN de l’organisme par l’introduction de mutations, ou remplacer par l’ADN ne fonctionne pas. Par ailleurs, l’expression des gènes peut être « renversée » en introduisant des oligonucléotides qui seront liera à la cible ADN messagère séquences et empêcher la production de protéines fonctionnelles.

Pour identifier les gènes qui sont responsables de phénotypes particuliers, scientifiques peuvent réaliser des écrans génétiques. Dans un dépistage génétique vers l’avant, les mutations sont générées de façon aléatoire dans les organismes par rayonnement ou des produits chimiques reconnus comme agents mutagènes. Quand un mutant s’avère présentent un phénotype d’intérêt, le gène inconnu qui a été muté peut ensuite être identifié. La démarche inverse est un écran de génétique inverse, où scientifiques visent tout d’abord un grand nombre de gènes candidats spécifiques pour perturbation et puis regardent les phénotypes résultants des mutants.

Enfin, les biologistes sont aussi intéressés par la détermination de l’expression des gènes à différents stades de développement. Un outil de mesure de l’expression des gènes est la biopuce, qui est une puce parsemée d’oligonucléotides contenant des séquences des gènes à tester. Dans une expérience typique, ARN extrait d’organismes à deux stades différents de développement est utilisé pour générer deux ensembles différents de sondes fluorescent étiquetés, qui sont ensuite hybridés puce. Changements dans l’expression des gènes puis peuvent être interprétés que dans le signal fluorescent à chaque point sur le tableau.

Avec ces techniques expérimentales à l’esprit, nous allons jeter un regard sur comment les chercheurs appliquent eux pour étudier la génétique du développement.

Les scientifiques sont performants écrans génétiques à grande échelle dans les organismes modèles, comme c. elegans, pour étudier les gènes qui influent sur le développement. Cela se fait généralement par le biais de l’interférence ARN ou RNAi, un processus par lequel les gènes sont réduits au silence, à l’aide de petites molécules d’ARN. Ici, les scientifiques assez vers bactéries contenant une bibliothèque de RNAi conçue contre un grand nombre de gènes de ver et ont analysé l’effet du gène sur le développement des animaux.

D’autres chercheurs sont performants avancer les écrans génétiques utilisant la mutagénèse aléatoire pour identifier les phénotypes du développement. Dans cette expérience, les chercheurs a utilisé la technique de gène-piège pour mutagenize des embryons de poisson-zèbre, où un journaliste construct introns des gènes de cible au hasard et les rendre non fonctionnel. Scientifiques sont alors facile d’identifier les animaux dont le gène est correctement perturbé en recherchant le signal de journaliste, et ceux qui présentent une anomalie de développement peut avoir le gène responsable identifié.

Enfin, l’expression de gène de différents types de cellules dans un organisme en développement peut être profilée par puces à ADN pour identifier les gènes qui sont activés ou désactivés au cours de la spécialisation et la différenciation cellulaire. Dans cette étude, les cellules neuronales unique de différents types de cellules ont été isolées de la rétine en voie de développement. L’ARN a été extrait puis de ces cellules pour l’analyse de biopuces identifier les gènes qui jouent un rôle dans le développement de chaque type de cellule spécifique.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la génétique du développement. Cette vidéo a examiné certains des faits saillants historiques de ce domaine, les grandes questions posées par les généticiens du développement, quelques-uns des éminents méthodes actuellement utilisées dans des laboratoires et des applications spécifiques de ces approches à l’étude de la biologie du développement. Comme toujours, Merci pour regarder !

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