qu’est ce que caenorhabditis elegans ?. movie crawling worms
Post on 05-Apr-2015
107 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Qu’est ce que Caenorhabditis elegans ?
Movie crawling worms
http://www.wormatlas.org/
http://www.wormatlas.org/
Coupe transversale d’un nématode adulte
46 hr at 20°C
http://www.wormatlas.org/
Cycle de vie de C. elegans
Les différents stades larvaires de C. elegans
http://www.wormatlas.org/
Les males sont minoritaires car issus d’une erreur durant la méiose
Pourquoi utiliser C. elegans comme modèle en biologie ?
Petite taille TransparentTemps de génération rapideLignage cellulaire invariant et identifié
imag
e ta
ken
from
htt
p://
ww
w.D
evge
n.nl
0.1 mm
Lignage cellulaire invariant
959 cellules chez l’hermaphrodite
Reconstruction du système nerveux par coupe sériée en EM
Système nerveux de la larve L1
LocomotionMécanosensationChemosensationThermosensation
Système nerveux de l’hermaphrodite adulte302 neurones…30 % des cellules
Petite taille TransparentTemps de génération rapideLignage cellulaire invariant et identifiéAuto-fertilisationPopulation clonale Congélation
imag
e ta
ken
from
htt
p://
ww
w.D
evge
n.nl
0.1 mm
-80°C
-196°C
Congélation
3 jours
Les souches de C. elegans peuvent êtres conservées par congélation
Petite taille TransparentTemps de génération rapideLignage cellulaire invariant et identifiéAuto-fertilisationPopulation clonale Congélation Carte génétiqueSéquence génomique
imag
e ta
ken
from
htt
p://
ww
w.D
evge
n.nl
0.1 mm
Carte génétique: basée sur les fréquences de recombinaisons
Movie dpy worms
Movie rol worms
Movie wt worms
Carte Physique et Séquence génomique
Distances entres les gènes en nucléotides et annotations selon les
homologies
11 dec 1998
Séquence Génomique
24 mars 2000
15 fev 2001
Le génome de C. elegans
Taille du génome Estimation du nombre de gènes*
Megabases (Mb)
C. elegans
*gènes codant des protéines
42% des gènes de C. elegans ont des homologues dans d’autres especes dont l’Homme
97 Mb 20000Human3000 Mb 32000
Drosophila 160 Mb 13000Yeast (S. cerevisiae) 12 Mb 6000
1-mutagenèse pour phénotype d’intérêtMutagenèse à saturation avec agents mutagènes :-chimique (EMS)-Energie (UV)- physique (transposon)
2-obtention d’un mutantprincipe de crible pour un phénotype donné
3-clonage du gène
GENETIQUE CLASSIQUE forward
Petite taille TransparentTemps de génération rapideLignage cellulaire invariant et identifiéAuto-fertilisationPopulation clonale Congélation Carte génétiqueSéquence génomiqueTransgénèse aisée
imag
e ta
ken
from
htt
p://
ww
w.D
evge
n.nl
0.1 mm
Micro-injection de C. elegans
Plasmides Phages
Cosmides YACs
Lignée transgénique5 jours
1 mm
Une lignée transgénique de C. elegans…
Le trieur de nématodes de U B I
Traitement des objets dans le flux
Embryos
L1 Larvae
L2 Larvae
Adults off-scale
Graphique en Dot Plot
Length
Opti
cal d
en
sity
Exemple de données traitées par le profiler
Double transgenic
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1 23 45 67 89 111 133 155 177 199 221 243 265 287TOF
GREEN
Petite taille TransparentTemps de génération rapideLignage cellulaire invariant et identifiéAuto-fertilisationPopulation clonale Congélation Carte génétiqueSéquence génomiqueTransgénèse aiséeARN interférence
imag
e ta
ken
from
htt
p://
ww
w.D
evge
n.nl
0.1 mm
ARN double brin correspondant à la GFP
F1
F0
F0
ARN interférence chez C. elegans; inactivation spécifique d’un gène chez l’animal et sa progéniture
Les animaux mangent les bactéries et prennent en charge
les ARN doubles brins
ARN interférence par “nourriture”
Phénotype de perte de fonction dans la progéniture
Timmons and Fire, Nature 1998
GENETIQUE reverse
Génome connu :Analyse globale d ’expression par microarray
Filtres miniatures ou lame de verre (chip) représentant l’ensemble des gènes de C. elegans
Le principe de conservation
Il existe chez tous les êtres vivants des mécanismes communs tels que la production d’énergie, la réplication de l’ADN ou le transport des molécules.
Il est par conséquent possible d’étudier ces processus en utilisant des organismes modèles faciles à manipuler.
Ces processus étant conservés entres les espèces, les résultats obtenus avec le modèle seront transposables à d’autres êtres vivants tels que l’homme.
Concernant les eucaryotes, il existe des modèles phares tels que la levure, le nématode, la drosophile et la souris.
Quelles sont les domaines de la biologie utilisant C. elegans ?
Neurosciences
C. elegans répond à une grande variété de molécules volatiles ou solubles, il peut être attiré ou repoussé
1-Octanol
Diacetyl
Quelles sont les circuits neuronaux impliqués dans ces comportements ?
Questions
Stratégies
Ablation de certains neurones au laser et étude du comportement
Les neurones chémosenseurs AWA(L/R) sont nécessaires à l’attraction par le diacetyl
Quels sont les récepteurs et les voies de signalisation impliqués ?
Questions
Stratégies
Crible génétique pour obtenir des mutants ne répondant plus au diacetyl
AWA AWB
AWA AWB
AWA AWB
Attiré par
diacétyl
Repoussé par
diacétyl
ODR-10
wt
Mutant odr-10
Ectopic odr-10
Identification de la protéine ODR-10 présente dans les neurones AWA
ODR-10 est le récepteur au diacetylAWB est nécessaire pour répondre au 1-Octanol
Développement
La division cellulaire asymétrique est nécessaire à la
spécification des tissus et des organes
P0 P1 AB
La division cellulaire asymétrique est nécessaire à la spécification des tissus et des organes
Movie wt embryo
La division cellulaire asymétrique est nécessaire à la spécification des tissus et des organes
Comment cette division asymétrique est régulée ?
Questions
Stratégies
Crible génétique pour obtenir des mutants présentant des divisions symétriques
Movies par mutants
Première division symétrique chez les mutants par
La répartition asymétrique de certaines protéines permet la division asymétrique de la
première cellule
PAR-2::dsRED
PAR-6::GFP
La répartition asymétrique de certaines protéines permet la localisation asymétrique de
déterminants cellulaires
L’apoptose ou Mort Cellulaire Programmée (PCD)
(A) (B)
Pour le développement correct des êtres vivants, certaines cellules doivent disparaitre
Les plantes
carcasses
vaisseaux
sève
L’œil
protéine claire cristalline
carcasses
lentille
L’épiderme
kératine
carcasses
corne
L’apoptose est importante pour différents aspects du développement
L’apoptose est nécessaire au maintient de l’intégrité de l’organisme
Rayonnements, Produits oncogènes
Cellule saine répondant aux
signaux extérieurs
Cellule cancéreuse agissant de manière
anarchique
Apoptose
Cellule apoptotique
Cellule en conditions normales
PS PSPS
PSPSPS
PSR
Macrophage
PSPS
PSR
PS
La phagocytose permet d’éliminer les cellules apoptotiques
Reconnaissance des cellules apoptotiques par les cellules phagocytaires
Stress, décision développemental
Chez C. elegans, l’apoptose n’est pas essentielle dans les conditions
de laboratoire
Les neurones HSN disparaissent par apoptose dans l’embryon mâle
Les corps apoptotiques sont facilement détectables dans l’œuf et leur nombre est invariant
Comment l’apoptose est régulé ?
Questions
Stratégies
Crible génétique pour obtenir des mutants conservant des cellules devant mourir au cours du développement
Crible génétique pour obtenir des mutants présentant un excès de corps apoptotiques
EGL-1
CED-9 CED-4
CED-3
CED-3
Bcl-2 Apaf-1
Pro-Caspase 9
Caspase 9
Phase d’initiation de la mort cellulaire
BH3
Phase d’initiation de la mort cellulaire: rôle des caspases initiatrices
Dégradation des protéines, cytosquelettes, organisation cellulaire
Phase d’exécution
Dégradation de l’ADN Dégradation des protéines
Phagocytose des corps apoptotiques
nucléases protéases
Voies génétiques de l’apoptose chez C. elegans
Source: wormbook.org
Voies génétiques de l’apoptose chez les mammifères
Virus, Cellules cancéreuses et apoptose
Bcl-2
Bcl-2
Translocation du gène Bcl-2 dans une région enhancer pour la production d ’anticorpsex : certaines leucémies de type B
Bcl-2Bcl-2
Bcl-2
Bcl-2
Bcl-2si
tumeur agressive
Apaf-1
Inhibition de l ’expression du gène codant pour Apaf-1ex : mélanome (le plus dangereux des cancers de la peau)
siApaf-1
tumeur agressive
Bcl-2Bcl-2
Bcl-2 Bcl-2
Apaf-1
Apaf-1
Apaf-1Apaf-1
Apaf-1
L’ARN interférence, première observation
?
Transgene silencing…
Lié au nombre de copies du transgène
Les travaux chez C. elegans ont montré que les siRNA provoquent la dégradation des
mRNA correspondant
D’autres ARN particuliers, les microARN (miARN) sont impliqués dans le développement chez C. elegans
La transcription des gènes lin-4 et let-7 produit des ARN non-codants
Les miARN régulent d’autres ARNm
Les miARN se fixent sur les 3’UTR des ARNm
Cette interaction bloque la traduction de l’ARNm
Les implications de l’ARN interférence
Inactivation spécifique d’un gène par introduction d’ARN double brins…
Etude de ce gène en laboratoire
Thérapie génique
Thérapie antivirale (les virus se défendent de l’ARNi donc…)
Pathogen Host
Virulence factors Defence mechanisms
Gram-positive bacteria:Bacillus thuringiensisEnterococcus faecalisListeria monocytogenesMicrobacterium nematophilumStaphylococcus aureusStreptococcus pneumoniae
Fungi:Arthrobotrys sp.Candida albicansCryptococcus neoformansDrechmeria coniosporaDuddingtonia flagransPaecilomyces lilacinus
Gram-negative bacteria:
Acinetobacter baumanniiAeromonas hydrophilaAgrobacterium tumefaciensBurkholderia cepaciaB. thailandensisB. pseudomalleiErwinia christamthemiE. carotovora carotovoraEscherichia coli (EPEPC & EHEC)
Pseudomonas aeruginosaP. fluorescensSalmonella typhimuriumShewanella frigidimarinaS. massaliaSerratia marcescensVibrio choleraeYersinia spp.
Known pathogens of C. elegans
VIRUSES
How to use C. elegans to study virulence?
Forward genetic screens for attenuated mutants
Screening protocol
Synchronized worms
96, 24 or 6 well plates
Identification of less virulent clones
n individual clones
Infection
Bank of bacterialMutants (transposon)
2000 mutants screened in C. elegans 8 mutants
Decreased virulence in:
Arabidopsis 6
PA14 Universal virulence factors
7
Wax moth 6
Mahajan-Miklos et al. (2000) Mol. Microbiol.
C. elegans to identify new antimicrobials
Candidate genesGenetic screens
Microarrays
Host
Defence mechanisms?
Antifungal innate immunity
Drechmeria coniospora spores adhere to the nematode cuticle
Drechmeria coniospora spores adhere to the nematode cuticle
0
50
100
0 12 24 36 48 60
Time (Hours)
% w
orm
s a
live
D. coniospora kills worms
0
50
100
0 12 24 36 48 60
Time (Hours)
% w
orm
s a
live
Microarrays
nlp and Caenacin peptide genes are induced
Couillault et al. 2004
Antimicrobial peptide genes
+ NLP-31
Induction of nlp-29 after Drechmeria infection
Pathogen
GFPpnlp-29RFPpcol-12
constitutive inducible
Is7 transgenic strain
InfectedNon-infected
Control
Blocking induction of pnlp-29::gfp
tir-1 (RNAi)
top related