Une Introduction à la biologie moléculaire du développement

Developmental Biology
 

Summary

Signaux moléculaires jouent un rôle majeur dans les processus complexes qui se produisent durant le développement embryonnaire. Ces signaux de réglemente les activités telles que la différenciation cellulaire et de la migration, qui contribuent à la formation des types spécifiques de cellules et des structures. L’utilisation de méthodes moléculaires permet aux chercheurs d’étudier ces mécanismes physiques et chimiques en détail.

Cette vidéo passera en revue un bref historique de l’étude des événements moléculaires au cours du développement. Ensuite, principales questions posées par les biologistes moléculaires du développement aujourd'hui seront examinées, suivie d’une discussion de plusieurs méthodes de premier plan permettant de répondre à ces questions, telles que la coloration, l’explantation de la culture et l’imagerie de cellules vivantes. Enfin, nous examinerons certaines applications actuelles de ces techniques à l’étude de la biologie du développement.

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

Études dans le domaine de la biologie moléculaire du développement renseignent sur les changements qui se produisent au niveau cellulaire au cours de la différenciation et le développement. Les chercheurs examinent les mécanismes physiques et chimiques qui régulent les fonctions cellulaires. Cela aide à comprendre comment les cellules donnent naissance à des tissus spécialisés au sein de l’embryon en voie de maturation, et comment défauts au niveau moléculaire peuvent conduire à des états pathologiques.

Cette vidéo présente une brève histoire de la biologie moléculaire du développement, présente les questions clées posées par les scientifiques dans ce domaine, décrit certains outils disponibles pour répondre à ces questions et discute de quelques applications courantes de laboratoire.

Commençons par examiner certaines études de point de repère dans l’histoire de recherche de biologie moléculaire du développement.

En 1957, Conrad Waddington a publié un livre intitulé « La stratégie de the Genes », dans lequel il a essayé d’expliquer comment établit-on la sort de la cellule. Selon les études de transplantation de tissus précédemment menée, il a présenté un modèle conceptuel qui décrivait qu’une cellule est comme une bille de roulement bas d’une colline, et le chemin qu’il faut pour atteindre le fond permettra de déterminer l’état final différenciée. Cette idée que les types cellulaires distincts proviennent de cellules indifférenciées recevant des signaux différents au cours du développement est devenu connue comme le « paysage épigénétique ».

Vers la même époque, Rita Levi-Montalcini et Stanley Cohen a fait observer que transplanter des tumeurs dans les embryons de poulets a conduit à la croissance rapide de neurone. Ils ont émis l’hypothèse qu’une substance sécrétée par les tumeurs causés cette croissance et identifié la protéine comme facteur de croissance nerveuse ou NGF. Peu de temps après, Cohen a découvert un autre facteur de croissance qui est sécrété par les glandes salivaires de souris et favorisé la croissance des cellules épithéliales. Il a identifié cette protéine comme facteur de croissance épidermique, ou EGF.

Plus tard, en 1969, Lewis Wolpert proposa une théorie sur comment une certaine classe de molécules, appelées morphogènes, agissent directement sur les cellules à induire des réponses spécifiques à des concentrations variables de signalisation. Il a utilisé des couleurs du drapeau Français aux États de cellule modèle, rouges servant de l’État par défaut quand aucun signal n’est présent. A partir de là, des concentrations faibles autocatalytiques, montrées en blanc, pourraient activer un gène, tandis que des concentrations de haute autocatalytiques, représentées en bleu, pourraient activer un gène différent.

Poursuivant sur ce travail, en 1988 Christiane Nusslein-Volhard identifié le premier autocatalytiques connus en effectuant des écrans génétiques sur des mouches. Elle a utilisé des anticorps pour montrer qu’une protéine, appelée Bicoid, forme un gradient de concentration le long de l’axe antéro-postérieur de l’embryon en développement et contrôle l’expression de gènes importants pour l’Organisation des régions de la tête et le thorax.

Pendant le début des années 1990, Peter Lawrence et Ginés Morata utilisé leur propre travail chez les mouches pour développer la théorie des gradients autocatalytiques. Ils ont émis l’hypothèse qu’un ensemble de cellules est chargé d’organiser un compartiment en particulier de l’organisme. Comme développement produit, les signaux moléculaires charger ces cellules de diviser et de construire plusieurs compartiments, continuant jusqu'à ce que l’ensemble de l’organisme est formé.

Maintenant que nous avons passé en revue quelques faits historiques marquants, examinons quelques questions fondamentales posées par les biologistes du développement actuels.

Pour commencer, certains chercheurs se concentrent sur l’identification des molécules qui régulent le développement. Par exemple, ils pourraient étudier individu, ou des combinaisons de, facteurs de croissance provoque une réponse cellulaire spécifique, tels que la différenciation ou de la migration.

Autres biologistes du développement étudient comment ces molécules réglementent le processus de développement. Ils pourraient étudier comment la concentration d’un signal moléculaire peut demander une cellule pour différencier ou migrer. Ils également poser des questions sur la façon dont les cellules communiquent avec d’autres cellules voisines et regardent les molécules qui se diffusent sur une courte distance et agissent au niveau local, appelés facteurs paracrines de signalisation.

Enfin, certains biologistes du développement veulent comprendre comment les cellules réagissent aux signaux externes. Ils peuvent étudier les changements à l’intérieur de la cellule elle-même, tels que les augmentations ou diminutions dans l’expression de certains gènes, en regardant les niveaux de leurs protéines codées. D’autres portent sur des changements externes, tels que des altérations dans la forme des cellules ou la taille.

Maintenant que vous avez une sensation de questions clés posées par les biologistes moléculaires du développement, nous allons étudier certaines des techniques qu’ils utilisent pour trouver des réponses à ces questions.

La coloration est une des approches plus couramment utilisés pour étudier les profils d’expression génique et pour identifier les molécules qui régulent le développement.

Immunohistochemistry est une technique de coloration qui utilise des anticorps conjugués à des journalistes chimiques ou fluorescentes, aux protéines de l’étiquette. Visualisation de protéines par microscopie de fluorescence offre un aperçu de leur localisation dans des sections de tissu, ainsi que leur contribution potentielle aux structures cellulaires. Ensemble de montage in situ hybridation est une alternative coloration méthode qui utilise des oligonucléotides ADN ou d’ARN marqués à regarder les profils d’expression génique dans les tissus en trois dimensions.

Culture de l’explant est une autre approche couramment utilisée dans ce domaine à l’étude des mécanismes par lequel agissent les stimuli externes. Dans cette technique, un tissu est retiré du site naturel de croissance et en culture. Conditions de croissance spécifiques, tels que le substrat sur les plaques de culture ou des facteurs de croissance pour les milieux de culture, a ajouté peuvent alors être examinées pour leurs effets sur le développement des cellules et des tissus.

Vivre l’imagerie cellulaire est utilisée pour analyser les réponses cellulaires aux stimuli du développement. In vitro de cultures sont bien adaptés pour capturer les déplacements de la cellule et la localisation en temps réel. Coloré ou fluorescent étiquetés cellules peuvent également être suivis en vivo Time-lapse par microscopie.

Fréquemment, les cellules d’un tissu d’intérêt sont transplantés provenant d’un donneur à un organisme hôte et ensuite surveillés au cours du développement.

Maintenant que vous êtes familiarisé avec certaines méthodes de laboratoire général, regardons quelques applications de la biologie moléculaire du développement recherche.

Une approche pour déterminer les produits des gènes spécifiques rôle jouent dans le développement consiste à modifier leur expression par des moyens externes. Dans cette expérience, des oligonucléotides antisens appelés morpholinos ont été injectés à coup de masse deux zebrafish gènes importants pour le développement de la bonne oreille interne. Immunostaining des protéines structurales ont montré que les embryons avec l’expression du gène réduit présentent moins de neurones et de cellules ciliées dans l’oreille interne par rapport aux contrôles.

Une autre application de la biologie moléculaire du développement est de comprendre quand et où les gènes sont exprimés, de mieux comprendre comment les protéines codées peuvent fonctionner. Chercheurs dans cette expérience utilisé fluorescent étiquetés sondes d’ARN complémentaires aux deux transcriptions de cible afin d’identifier les cellules transcrire un ou les deux gènes d’intérêt.

Certains scientifiques permet d’analyser les réponses des cellules dans des conditions différentes des cultures d’explants. Dans cette expérience, les enquêteurs disséqué les neurones sensoriels de l’oreille interne d’embryons de poulets et eux cultivées pendant plusieurs heures. Ensuite, les cultures sont passés aux médias contenant des billes de protéine. Time-lapse images confocales après incubation avec l’anticorps étiquetés a révélé que les protéines sur les perles promu la croissance de projections de corps cellulaires de neurones.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la biologie moléculaire du développement. Dans cette vidéo, nous avons examiné l’historique des recherches de biologie moléculaire du développement et a présenté les principales questions posées par les biologistes du développement. Aussi, nous avons exploré les stratégies de recherche de premier plan et discuté de certaines de leurs applications actuelles. Comme toujours, Merci pour regarder !

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