Une vue d’ensemble de l’Expression génique

Genetics

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Summary

L’expression des gènes est un processus complex où une cellule utilise son information génétique pour fabriquer des produits fonctionnels. Ce processus est réglé à étapes multiples, et tout dysfonctionnement pourrait conduire à des maladies comme le cancer.

Cette vidéo met en évidence d’importantes découvertes historiques relatives à l’expression des gènes, y compris la compréhension de comment différentes combinaisons de bases d’ADN encode les acides aminés qui composent les protéines. Questions clés dans le domaine de la recherche d’expression de gène sont explorées, suivie d’une discussion de plusieurs techniques permettant de mesurer l’expression des gènes et d’enquêter sur sa régulation. Enfin, nous examinons comment les scientifiques utilisent actuellement ces techniques pour étudier l’expression des gènes.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Genetics. Une vue d’ensemble de l’Expression génique. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

L’expression des gènes est le processus où les informations contenues dans l’ADN d’une cellule sert à fabriquer des produits fonctionnels. Cette procédure soigneusement orchestrée est réglementée à plusieurs étapes, et dérégulation peut souvent lieu à des maladies comme le cancer.

Cette vidéo donne un aperçu de l’histoire de recherche d’expression génique, questions clés, méthodes dans le domaine, et comment ces techniques sont appliquées.

Nous allons commencer par examiner certaines découvertes majeures sur l’expression des gènes.

Le premier modèle convaincant comment ADN pourraient se livrer des informations génétiques a été établi en 1953, quand Francis Crick et James Watson, avec l’aide de données de Rosalind Franklin, résolu la structure de l’ADN — une double spirale faite de deux chaînes linéaires de bases nucléotidiques qui sont disposés dans un ordre défini, mais infiniment variable,.

Cinq ans plus tard, Crick a proposé deux idées importantes qui forment l’épine dorsale de notre compréhension de l’expression génique. « L’hypothèse de sa séquence » suggère que la séquence de nucléotides de l’ADN est utilisée, via un intermédiaire, comme un code pour les séquences d’acides aminés des protéines de RNA instable. Dans le même temps, son « dogme central » l’hypothèse des différents flux de l’information génétique qui peut se produire et en particulier, qui s’est tenue qu’informations ne peuvent être transférées de protéine retour aux acides nucléiques.

En 1960, François Jacob et Jacques Monod — par le biais de leurs travaux sur les gènes de métabolisation du lactose chez les bactéries, a proposé un modèle pour la régulation de l’expression génique. Ils ont suggéré que l’expression des « gènes de structure, » remplir des fonctions structurelles ou enzymatiques, qui est contrôlée par les produits de « gènes régulateurs » qui se lient aux sites adjacents de réglementation. Nous savons maintenant que substantiellement similaires modes de régulation génique, médiée par des protéines appelées facteurs de transcription, se produisent dans tous les organismes.

Un an plus tard, en 1961, Jacob — ainsi que Sydney Brenner — découvert messager ou « m »-RNA comme intermédiaire entre l’ADN et de protéines instable proposés par Crick. Cette même année, Brenner et Crick a commencé à craquer le « code génétique », qui dicte comment information dans l’ADN code pour des protéines. Ils ont déterminé que chaque triplet de nucléotides adjacents, ou un « codon », précise l’un des 20 acides aminés constituant les protéines.

Au cours des prochaines années, les chercheurs dirigée par Marshall Nirenberg, Har Gobind Khorana, et Severo Ochoa a utilisé plusieurs approches pour définir les acides aminés codés par tous les 64 codons possibles. La fissuration du code génétique, les scientifiques a continué étudier comment l’expression des gènes est régulée.

Une découverte majeure est venu en 1974, lorsque Roger Kornberg et ses collègues ont montré que l’ADN dans les cellules eucaryotes, telles que celles des animaux et des plantes, est « enveloppé » autour des complexes des protéines histones, produisant des structures appelées maintenant « nucléosomes. » Nous savons maintenant que les changements dans la structure de la chromatine jouent un rôle important dans la régulation des gènes.

Une autre tournure, est venu en 1977, quand Phil Sharp et Rich Roberts trouvent que séquences d’ADN messagère n’étaient pas tout à fait complémentaires à leurs modèles d’ADN correspondants. Certaines « régions manquantes », maintenant appelées introns, sont retirées entre les exons codant pour des protéines dans le transcrit mature dans un processus appelé « épissage. » Cinq ans plus tard, le groupe de recherche de Ronald Evans a démontré que « épissage » de la même transcription pourrait produire variantes, ou « isoformes, » de la même protéine avec des fonctions différentes.

Depuis les années 1990, notre compréhension de la complexité des réseaux de régulation génique élargi considérablement avec la découverte de gènes RNA silencing. Nous savons maintenant que plusieurs familles différentes de petits ARN, avec les membres qui sont les nucléotides 20−30 en taille, régulent l’expression des gènes dans une variété de façons.

Après avoir examiné l’historique de recherche d’expression génique, penchons-nous sur certaines questions majeures dans le domaine.

Un sujet à l’étude, c’est comment les facteurs de transcription régulent gènes. Les scientifiques ne sont pas seulement intéressés à identifier les séquences génomiques liés par des facteurs de transcription, mais sont également en regardant protéines régulatrices comment interagir avec l’autre d’intégrer des signaux et de réguler l’expression génique.

D’autres chercheurs étudient l’épissage alternatif, et comment ce processus est réglé dans différents contextes biologiques. En outre, certains d'entre eux tentent de déterminer si les isoformes protéiques ont toujours des fonctions différentes et distinctes.

Enfin, de nombreux chercheurs étudient le mécanisme d’action des petits ARN et essaient de retrouver leurs objectifs réglementaires. Il y a aussi un intérêt croissant pour la question de savoir si les petits ARN peut être utilisé comme « biomarqueurs » pour diagnostiquer des maladies.

Maintenant, regardons les outils, les chercheurs utilisent pour évaluer l’expression des gènes.

Une méthode populaire est la transcription inverse, ou « RT "-PCR, qui convertit l’ARN complémentaire ou « c »-ADN avant de le soumettre à une amplification. En incluant les molécules fluorescentes qui sont incorporées dans l’ADN au cours de la PCR, il est possible d’utiliser cette technique pour mesurer quantitativement l’expression des gènes et observez les résultats en « temps réel ».

Evaluer simultanément l’expression de milliers de gènes, puces à ADN peuvent être utilisés. Ici, des séquences d’ADN sont « imprimés » sur glissières, qui sont ensuite hybridés de sondes fluorescentes générées de l’ARN de l’échantillon. Le modèle résultant de la fluorescence peut être utilisé pour identifier les gènes exprimés.

Une autre technique d’expression génique de profil est à séquencer le transcriptome, ou la totalité du RNAs exprimé dans une cellule. Ici, ADNc généré à partir des échantillons d’ARN subit le séquençage haut-débit. Contrairement aux puces, transcriptome séquençage n’exige pas de l’information génomique préexistante et peut être utilisé pour identifier les transcriptions inconnues ou nouveau gène isoformes.

Les chercheurs peuvent évaluer aussi visuellement lorsqu’un gène est exprimé à l’aide d’hybridation in situ . Dans cette technique, les RNA est tout d’abord hybridé avec des sondes complémentaires, qui peuvent être ensuite reconnus par les anticorps conjugués à l’enzyme qui produisent un signal visuel de couleur ou de fluorescence.

L’essai de journaliste est une autre technique qui peut donner un aperçu de la régulation génique. Le produit de gène de journaliste génère un signal tel que la couleur ou la fluorescence. Le journaliste peut-être fondue directement à un gène d’intérêt, ou être placé sous le contrôle d’une séquence réglementaire, telles que le promoteur qui anime la transcription d’un gène ou d’un élément d’enhancer plus éloigné. Le signal de journaliste peut alors agir comme lecture pour l’activité de l’élément réglementaire, ou le modèle d’expression du gène d’intérêt.

Enfin, immunoprécipitation de la chromatine ou « ChIP » peut servir à identifier les sites génomiques qui lient des facteurs de transcription au lorsque régulant l’expression de gène. Ici, des complexes de protéines et l’ADN, ils se lient sont isolés par des anticorps et l’ADN cible est identifié par PCR ou par séquençage.

Après enquête sur les méthodes pour étudier l’expression des gènes, penchons-nous sur certaines de leurs applications.

Les cellules au sein d’une population peuvent présenter des différences subtiles dans l’expression des gènes qui peuvent avoir des conséquences biologiques. Dans cette étude, les chercheurs ont placé des cellules souches embryonnaires humaines à partir de la même culture dans des puits séparés sur une plaque. À l’aide de RT-PCR quantitative, scientifiques ont pu déterminer que l’expression de Nanog —une cellule souche « marqueur » — diffèrent au sein d’un échantillon.

Certains chercheurs étudient si différentes isoformes de protéines régulatrices fonctionnent différemment. Ici, ChIP a été appliqué à des cellules immunitaires humaines d’identifier les cibles de liaison d’une protéine « long » et « court » isoformes. Séquençage des résultats a montré que certains gènes cibles avaient reconnues seulement l’isoforme court, montrant des différences fonctionnelles possibles.

Enfin, journaliste dosages peuvent être utilisés pour évaluer la régulation génique médiée par les petits ARN, tels que les micro-ARN. Comme microARN peuvent inhiber l’expression des gènes en se liant aux régions 3¢ sans traduction des ARNm, scientifiques pour attacher cette région de différents gènes à un journaliste de la luciférase et chacun d’eux introduit dans les cellules avec un micro-ARN. Gènes cibles de la micro-ARN ont été identifiés puis en recherchant des cellules avec le signal d’une baisse de luminescence.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à l’expression des gènes. Nous avons passé en revue les principales constatations en recherche d’expression de gène, éminents questions et méthodes dans le domaine et certaines applications actuelles. Comme toujours, Merci pour regarder !

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