Une Introduction à la Division cellulaire

Cell Biology

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Summary

La division cellulaire est le processus par lequel une cellule-mère se divise et donne naissance à deux ou plusieurs cellules-filles. C’est un moyen de reproduction pour les organismes unicellulaires. Chez les organismes multicellulaires, la division cellulaire contribue à la croissance, développement, la réparation et la génération de cellules reproductrices (les spermatozoïdes et les œufs). La division cellulaire est un processus fortement réglementé, et la division cellulaire aberrante peuvent provoquer des maladies, notamment le cancer.

Introduction de Jupiter à la Division cellulaire couvrira un bref historique des découvertes dans le domaine historique. Nous avons ensuite discuter de plusieurs questions clés et les méthodes, telles que l’analyse du cycle cellulaire et imagerie cellulaire en direct. Enfin, nous vous présentons certaines applications actuelles de ces techniques dans la recherche de la division cellulaire.

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JoVE Science Education Database. Notions essentielles de biologie cellulaire. Une Introduction à la Division cellulaire. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

La division cellulaire est un processus par lequel une cellule produit deux ou plusieurs cellules-filles. Organismes unicellulaires, comme la levure, se reproduisent par division cellulaire, alors que les organismes multicellulaires, comme nous, utilisent le même processus pour développer, cultiver et entretenir nos tissus. Connaissance de la division cellulaire normale de Quels contrôles est essentielle pour comprendre comment les perturbation de ce phénomène peut déclencher des processus pathologiques.

Cette vidéo présente un bref historique des découvertes dans le domaine de la division cellulaire, met en évidence les principales questions posées par les biologistes cellulaires, clients importants outils utilisés et met en valeur certaines applications actuelles.

Commençons par un examen de quelques études de point de repère qui a jeté les bases de la recherche de la division cellulaire.

L’existence de cellules a été pour la première fois dans les années 1600 par Anton van Leeuwenhoek et Robert Hooke. Habilitée par innovations en microscopie, ils levé le voile sur le monde microscopique invisible. La première observation qui pourraient diviser les cellules a été faite dans les années 1830 par deux botanistes, Barthélemy Dumortier et Hugo von Mohl, qui a découvert cette cellule d’une plante peut donner lieu à deux en divisant. Suite à cette découverte, en 1838, un botaniste — Matthias Jakob Schleiden — et un physiologiste — Theodor Schwann — observé des similitudes dans les cellules végétales et animales. Cela a conduit Schwann postuler les deux principes de la théorie cellulaire, tout d’abord : « tous les organismes vivants sont composés d’une ou plusieurs cellules » ; deuxième : « les cellules sont les modules de base de toute vie. » Presque vingt ans plus tard, un médecin nommé Rudolf Virchow a publié le troisième principe de la théorie cellulaire, qui a déclaré : « toutes les cellules proviennent de cellules préexistantes. »

En 1876, Walther Flemming, tout en observant la division cellulaire, a observé la séparation des structures filiformes. Par conséquent, il a inventé le terme « mitose, » dérivé du thread de sens mot grec mitos. Plus tard, Edouard Van Beneden et Theodor Heinrich Boveri découvrirent que ces threads sont en fait des chromosomes, qui sont scindées avec l’aide de microtubules découlant de structures appelées maintenant centrosomes. Beneden, ainsi qu’Oscar Hertwig et August Weismann, a également expliqué la méiose — un autre type de division qui produit les cellules comme des gamètes. Ils ont montré que la méiose, contrairement à la mitose, implique un cycle de réplication de l’ADN, mais deux séries de la division cellulaire aboutissant à réduire de moitié le nombre de chromosomes du parent aux cellules filles.

Dans la seconde moitié du XXe siècle, les scientifiques s’est intéressés dans la régulation du cycle cellulaire, un processus dans lequel une cellule passe par une série d’étapes menant à sa division. Une des découvertes plus importantes dans ce domaine est entré en 1972 de Leland Hartwell et ses collègues. À l’aide de souches de levures, ils ont démontré qu’il existe des gènes qui jouent un rôle important dans l’orientation des cellules à travers les étapes du cycle cellulaire, et les Dr Hartwell nomme comme le cycle de la division cellulaire de gènes ou « cdc. »

Une autre découverte fut en 1983 par Tim Hunt, qui étudiait les oursins. Il a identifié les protéines qui oscillent dans leur abondance en synchronie avec les phases du cycle cellulaire. En raison de leur nature oscillatoire, il nomma ces protéines comme « cyclins », et maintenant nous savons que les cyclines sont des régulateurs clés du cycle cellulaire. Quatre ans plus tard, Sir Paul Nurse et ses collègues ont montré que les gènes de cdc, en particulier cdc2, était hautement conservée entre les levures et les humains. Ensemble, ces découvertes considérablement accru notre compréhension de la division cellulaire et donc ont été bien méritée récompensés par un prix Nobel en 2001.

Maintenant que nous avons passé en revue certains faits saillants historiques, examinons quelques questions fondamentales auxquels est aujourd'hui confronté le domaine de la division cellulaire.

Nous commencerons avec peut-être la question plus large dans la division cellulaire : quels gènes et voies de signalisation intracellulaires régulent le cycle cellulaire ? On sait que la duplication et la division sont contrôlés par une série de commutateurs biochimiques qu’activer ou désactiver les processus du cycle cellulaire. Les chercheurs sont efforcent de jeter plus de lumière sur les molécules qui influent sur la progression ou l’inhibition du cycle cellulaire.

Les biologistes sont aussi intéressés par l’identification des facteurs extracellulaires qui stimulent ou inhibent la division cellulaire. Les cellules peuvent augmenter la division cellulaire en réponse à des signaux chimiques externes appelés mitogènes. Scientifiques s’affairent à comprendre quel externe cues stimulent ou inhibent la division cellulaire.

La division cellulaire anormale peut conduire à la prolifération cellulaire accrue ou diminuée. La prolifération cellulaire accrue provoque des maladies comme le cancer. Les chercheurs ont découvert que les mutations dans certains gènes appelés oncogènes est impliqué dans l’initiation du cancer. En outre, les scientifiques ont également découvert plusieurs protéines qui jouent un rôle crucial dans la progression tumorale. Toutefois, plusieurs facteurs causant des tumeurs restent encore inconnues et biologistes sont efforcent dur de les révéler.

Maintenant que vous avez une idée pour certaines des questions sans réponse, nous allons étudier quelques outils de recherche, les biologistes utilisent pour trouver des réponses.

Dans un mélange de cellules se divisant activement, la proportion de cellules qui existent dans chaque phase du cycle cellulaire peut être déterminée en analyse du cycle cellulaire. Cela se fait avec l’aide de colorants spéciaux, tels que bromodésoxyuridine ou BrdU. C’est un analogue de thymidine et s’intègre dans le brin d’ADN nouvellement synthétisé au cours de la réplication de l’ADN. Par conséquent, il les étiquettes uniquement les cellules en phase S. En revanche, des composés fluorescents comme propidium idodide (PI) tachent tout de l’ADN, mais la quantité de PI lié peut aider à distinguer entre les cellules dans les différentes phases. L’étape finale consiste à analyser les cellules colorées à l’aide de cytométrie en flux et données obtenues révèlent la distribution de cellules parmi les étapes du cycle de cellules différentes.

Progrès dans les techniques d’imagerie maintenant facilitent l’observation directe de la division cellulaire. Scientifiques peuvent maintenant tacher les cellules à l’aide de colorants de fluorescéine, ou effectuer des manipulations génétiques pour induire l’expression de protéines fluorescentes. Suite à cela, ils peuvent observer directement direct divisant en Time-lapse microscopie des cellules.

Enfin, les scientifiques ont également conçu un moyen de quantifier le nombre de divisions que les cellules subissent au sein d’une population de cellules mixtes. Cela se fait à l’aide de « colorants suivi quantifiable. » Ces colorants sont utiles parce que le signal qu’ils génèrent devient variateur car il est dilué par l’intermédiaire de la division cellulaire. L’intensité de fluorescence dégressif peut être utilisée pour identifier les cellules dans les différentes générations. En outre, la différence entre la plus haute et la plus faible intensité de fluorescence peut fournir aperçu combien de fois les cellules ont subi de division.

Maintenant que vous êtes familiarisé avec certaines approches communes à l’étude de la division cellulaire, regardons comment ces méthodes sont appliquées.

Comme mentionné précédemment, les gènes jouent un rôle majeur dans le contrôle du cycle cellulaire. Ici, les scientifiques ont étudié l’effet d’une mutation génétique sur la division cellulaire chez les larves de drosophile . Ils ont effectué des croisements génétiques pour produire avec des mutations spécifiques et puis en utilisant l’analyse de cycle de cellules ont observé les effets de la mutation dans les tissus en voie de développement d’aile d’oiseau.

À l’aide de la microscopie de fluorescence, les scientifiques peuvent aussi directement observer comment les drogues affectent la division cellulaire dans le cancer. Dans cette expérience, les chercheurs se sont intéressés à déterminer comment un médicament potentiel, JP-34, affecté la division cellulaire du cancer. Les résultats ont montré que les cellules cancéreuses traitées avec JP-34 a subi mitotique échec et la mort cellulaire.

Enfin, les scientifiques utilisent les colorants de suivi pour identifier les différences dans les taux de prolifération cellulaire. Ici, ils employaient un colorant de repérage quantifiables que les labels des membranes cellulaires pour étudier les différences dans la division cellulaire des cellules immunitaires différentes. L’analyse des données écoulement cytometry a révélé que le taux de prolifération diffère entre les différents types de cellules immunitaires.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la division cellulaire. Dans cette vidéo, nous avons examiné certains des grandes découvertes dans la division cellulaire, questions clés posées par les biologistes cellulaires aujourd'hui, des outils employés dans les laboratoires de la division cellulaire et leurs applications actuelles. Comme toujours, Merci pour regarder !

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