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Les gènes du développement

Michel VervoortUFR de Biologie et des Sciences

de la natureCentre de génétique moléculaire

du CNRS - UPR2167e-mail: vervoort@cgm.cnrs-gif.fr

Quelques livres utiles….

Lewis Wolpert. Biologie du développement. Les grands principes. Editions Dunod.Nicole Le Douarin. Des chimères, des clones et des gènes. Editions Odile Jacob Sciences.Sean Carroll. From DNA to diversity. Blackwell Publishing.Raphaël Franquinet et Jean Foucrier. Embryologie descriptive. Editions Dunod.

Introduction: analyse du sujet

limitesquelques notions de

base

Développement et cycle vital

Zygote de mammifère (indication d’échelle: 10 m)

Contrôle héréditaire du développement

Œuf de mammifère (indication d’échelle: 10 m)

Zygote de mammifère (indication d’échelle: 10 m)

Différenciation cellulaire au cours du développement

La théorie de la préformation: Nicolas

Hartsoeker et l’homunculus (1694)

La théorie de l’épigenèse: Kaspar Friedrich Wolff et la

« Theoria Generationis » (1759)

Différenciation cellulaire au cours du développement

Expériences de transplantation nucléaire chez les amphibiens

Expériences de transplantation nucléaire

chez les amphibiens

Le clonage chez les amphibiens

Le clonage des mammifères

La fusion cellulaire montre le caractère réversible de

l’inactivation des gènes au cours de la différenciation cellulaire

Non-équivalence génétique

Organismes-modèles de la biologie du développement

Brève présentation de la drosophile (Drosophila melanogaster)

Cycle de reproduction de la drosophile, Drosophila melanogaster(indication d’échelle: 0,1 mm)

Vue externe d’une larve de

drosophile

Vue externe d’une larve de drosophile: axes antéro-postérieur et segmentation

Cycle de reproduction de la drosophile, Drosophila melanogaster(indication d’échelle: 0,1 mm)

Les disques imaginaux

La notion de gène de développement et quelques grandes questions qui se

rattachent à cette notion

« gènes du développement »

versus

« gènes de ménage »

Comment isoler les gènes du développement ?

Mutants homéotiques « naturels »

Mutants homéotiques chez la Drosophile

Les gènes du développement ne représentent qu’une relativement petite fraction de la totalité des gènes présents

dans le génome d’un organisme

Quels types de produits cellulaires sont produits par les gènes du développement?

Quels types de produits cellulaires sont produits par les gènes du développement?

Principalement des protéines

Pour la plupart, des protéines impliquées dans la régulation de l’expression génique

ou dans des communications entre les cellules

Quels types de produits cellulaires sont produits par les gènes du développement?

Principalement des protéines

Pour la plupart, des protéines impliquées dans la régulation de l’expression

génique ou dans des communications entre les cellules

Différenciation cellulaire au cours du développement

La régulation de l’expression des gènesau cours du développement

Régulation de la transcription chez les eucaryotes

Les gènes du développement sont eux-mêmes souvent transcrits et/ou

leurs produits actifs que dans certaines régions de l’embryon

Transcription différentielle de gènes au cours du développement

Quels types de produits cellulaires sont produits par les gènes du développement?

Principalement des protéines

Pour la plupart, des protéines impliquées dans la régulation de l’expression génique

ou dans des communications entre les cellules

Communications cellulaires

Communications cellulaires

Les gènes du développement sont eux-mêmes souvent transcrits que dans

certaines régions de l’embryon

Y-a-t-il une corrélation entre les régions de l’embryon où un gène du

développement est transcrit et sa fonction au cours du développement?

Y-a-t-il une corrélation entre les régions de l’embryon où un gène du

développement est transcrit et sa fonction au cours du développement?

OUI

« Gènes de segmentation »

Distribution des protéines codées par les « gènes de

segmentation »

Distribution de protéines impliquées dans la formation de différents types de tissus distribués selon l’axe dorso-ventral de l’embryon

Comment peut-on classer les gènes du développement?

Comment peut-on classer les gènes du développement?

Selon les phénotypes induits par des mutations de ces gènes et donc selon leurs

fonctions au cours du développement

1. Contrôle de la formation des axes et des feuillets de l’embryon

2. Contrôle de l’identité des segments et des appendices

3. Contrôle de la formation des organes et des appendices

4. Contrôle de la formation des différents types cellulaires

1. Contrôle de la formation des axes et des feuillets de l’embryon

2. Contrôle de l’identité des segments et des appendices

3. Contrôle de la formation des organes et des appendices

4. Contrôle de la formation des différents types cellulaires

« Gènes de segmentation »

Distribution de protéines impliquées dans la formation de différents types de tissus distribués selon l’axe dorso-ventral de l’embryon

1. Contrôle de la formation des axes et des feuillets de l’embryon

2. Contrôle de l’identité des segments et des appendices

3. Contrôle de la formation des organes et des appendices

4. Contrôle de la formation des différents types cellulaires

Mutants homéotiques « naturels »

Mutants homéotiques chez la Drosophile

Mutants homéotiques Ultrabithorax chez la larve de drosophile

Les gènes homéotiques de la drosophile (gènes Hox)

Les complexes Antennapedia et Bithorax

Gènes homéotiques et gènes Hox

L’homéodomaine codé par les gènes à homéoboite (homeobox)

1. Contrôle de la formation des axes et des feuillets de l’embryon

2. Contrôle de l’identité des segments et des appendices

3. Contrôle de la formation des organes et des appendices

4. Contrôle de la formation des différents types cellulaires

Le cas du gène eyeless

Distribution des protéines codées par les gènes eyeless

(formation de l’œil), distal-less (formation des appendices

ventraux) et vestigial (formation des ailes)

1. Contrôle de la formation des axes et des feuillets de l’embryon

2. Contrôle de l’identité des segments et des appendices

3. Contrôle de la formation des organes et des appendices

4. Contrôle de la formation des différents types cellulaires

Formation des cellules des organes sensoriels

Est-ce que les gènes du développement sont conservés au cours de l’évolution des

animaux?

Est-ce que les gènes du développement sont conservés au cours du développement

des animaux?

Oui dans une large mesure

Conservation des gènes Hox chez les vertébrés

Mutants homéotiques chez la souris

Conservation du complexe HOX entre la drosophile

et les vertébrés

eyeless chez les vertébrés

eyeless chez les vertébrés

Conclusions

1. Les gènes du développement ne représentent qu’une petite fraction des gènes d’un organisme

2. La plupart des gènes du développement codent des régulation de l’expression génique ou des éléments intervenants dans les communications cellulaires

3. Les protéines codées par les gènes de développement sont souvent présentes que dans certaines régions de l’embryon dans lesquelles elles exercent leur fonction

4. Les gènes du développement peuvent être classés en fonction de leur fonction au cours du développement

5. Beaucoup de gènes de développement sont conservés dans les différents groupes d’animaux