ix

Le monde des cellules animales est représenté par un ver, une mouche, une souris et l’homme 36

Les études sur Drosophila ont fourni la clé du développement des vertébrés 37

Le génome des vertébrés est le produit de duplications répétées 38La redondance génétique est un problème pour les généticiens mais

offre plus d’opportunités aux organismes qui évoluent 39La souris sert de modèle pour les mammifères 39Les humains permettent de décrire leurs propres particularités 40Nous sommes tous différents dans le détail 41Résumé 42Problèmes 42Références 44

Chapitre 2 Chimie et biosynthèse cellulaires 45

COMPOSANTS CHIMIQUES DE LA CELLULE 45Les cellules sont constituées d’un petit nombre de types d’atomes 45Les électrons les plus externes déterminent les interactions entre les

atomes 46Les liaisons covalentes se forment par partage d’électrons 48Il y a différents types de liaisons covalentes 50Un atome se comporte souvent comme s’il avait un rayon fi xe 51L’eau est la substance la plus abondante dans les cellules 51Certaines molécules polaires sont des acides ou des bases 52Quatre types d’interactions non covalentes facilitent le rapprochement

des molécules dans la cellule 53Une cellule est formée de composés du carbone 54Les cellules contiennent quatre familles principales de petites

molécules organiques 55Les sucres fournissent une source d’énergie pour la cellule et sont

les sous-unités des polysaccharides 55Les acides gras sont des composants de la membrane cellulaire, mais

aussi une source d’énergie 58Les acides aminés sont les sous-unités des protéines 59Les nucléotides sont les sous-unités de l’ADN et de l’ARN 61La chimie de la cellule est dominée par des macromolécules aux

propriétés remarquables 62Des liaisons non covalentes défi nissent à la fois la forme précise

d’une macromolécule et sa liaison aux autres molécules 63Résumé 65

CATALYSE ET UTILISATION DE L’ÉNERGIE PAR LES CELLULES 65Le métabolisme cellulaire est organisé par les enzymes 66L’ordre biologique est rendu possible par la libération par la cellule

d’énergie thermique 66Les organismes photosynthétiques utilisent la lumière solaire pour

synthétiser les molécules organiques 68Les cellules obtiennent l’énergie par oxydation des molécules

organiques 70Oxydation et réduction mettent en jeu un transfert d’électrons 71Les enzymes abaissent les barrières qui bloquent les réactions

chimiques 72Comment les enzymes trouvent-elles leurs substrats : la très grande

rapidité des mouvements moléculaires 74La variation d’énergie libre d’une réaction détermine si celle-ci est

possible 75La concentration en réactifs infl uence la variation d’énergie libre

et la direction de la réaction 76

Chapitre 1 Cellules et génomes 1

CARACTÈRE UNIVERSEL DES CELLULES SUR LA TERRE 1Toutes les cellules stockent leur information génétique à l’aide du

même code chimique linéaire (ADN) 2Toutes les cellules reproduisent leur information génétique par

polymérisation à partir d’une matrice 3Toutes les cellules transcrivent des portions de leur information

génétique en une même forme intermédiaire (ARN) 4Toutes les cellules utilisent les protéines comme catalyseurs 5Toutes les cellules traduisent l’ARN en protéines de la même manière 6Le fragment d’information génétique correspondant à une protéine

est un gène 7La vie a besoin d’énergie libre 8Toutes les cellules sont des usines biochimiques qui utilisent les mêmes

unités de construction moléculaire 8Toutes les cellules sont entourées d’une membrane plasmique

à travers laquelle doivent passer les nutriments et les déchets 9Une cellule vivante a besoin de moins de 500 gènes pour exister 10Résumé 11

DIVERSITÉ DES GÉNOMES ET ARBRE PHYLOGÉNÉTIQUE 11Les cellules peuvent utiliser une grande variété de sources

d’énergie libre 12Certaines cellules fi xent l’azote et le gaz carbonique pour les autres 13La plus grande diversité biochimique est trouvée parmi les cellules

procaryotes 14L’arbre de la vie comporte trois branches primitives : les bactéries,

les archéobactéries et les eucaryotes 15Certains gènes évoluent rapidement ; d’autres sont très conservés 16La plupart des bactéries et des archéobactéries ont 1 000 à

6 000 gènes 17Les nouveaux gènes proviennent de gènes préexistants 18Les duplications de gènes donnent naissance à des familles de gènes

apparentés dans une même cellule 19Les gènes peuvent être transférés d’un organisme à un autre, au

laboratoire et dans la nature 21Les échanges horizontaux des informations génétiques dans une

espèce sont introduits par la reproduction sexuée 22La fonction d’un gène peut souvent être déduite de sa séquence 22Plus de 200 familles de gènes sont communes aux trois

embranchements primaires de l’arbre phylogénétique 23Les mutations révèlent les fonctions des gènes 23Les biologistes moléculaires se sont focalisés sur l’étude d’E. coli 24Résumé 26

INFORMATION GÉNÉTIQUE CHEZ LES EUCARYOTES 26Les cellules eucaryotes étaient peut-être, à l’origine, des prédateurs 26Les cellules eucaryotes modernes ont évolué à partir d’une symbiose 27Les eucaryotes ont des génomes hybrides 30Les génomes des eucaryotes sont gros 30Les génomes des eucaryotes sont riches en séquences d’ADN

régulatrices 31Le génome défi nit le programme de développement multicellulaire 31De nombreux eucaryotes vivent sous forme d’une cellule isolée : les

protistes 32Une levure sert de modèle eucaryote minimal 33Les niveaux d’expression de tous les gènes d’un organisme peuvent

être contrôlés simultanément 34Pour comprendre les cellules, nous avons besoin de mathématiques,

d’ordinateurs et d’informations quantitatives 35Arabidopsis a été choisi parmi 300 000 espèces comme modèle

végétal 36

Sommaire détaillé

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x Sommaire détaillé

La force de liaison est mesurée par la constante d’équilibre 157Les enzymes sont de puissants catalyseurs hautement spécifi ques 158La liaison au substrat est la première étape de la catalyse

enzymatique 159Les enzymes accélèrent les réactions en stabilisant sélectivement

les états de transition 160Les enzymes peuvent utiliser simultanément la catalyse acide et la

catalyse basique 160Le lysozyme illustre le fonctionnement d’une enzyme 161De petites molécules fortement liées ajoutent des fonctions

supplémentaires aux protéines 166Des tunnels moléculaires canalisent les substrats dans les enzymes

comportant plusieurs sites catalytiques 167Les complexes multienzymatiques permettent d’accélérer le

métabolisme cellulaire 168La cellule régule l’activité catalytique de ses enzymes 169Les enzymes allostériques possèdent deux sites de liaison, voire plus,

qui interagissent 171Deux ligands dont les sites de liaison sont couplés modifi ent

réciproquement la liaison l’un de l’autre 171L’assemblage symétrique de protéines forme des transitions

allostériques coopératives 172La structure atomique détaillée de la transition allostérique de

l’aspartate transcarbamylase est connue 173De nombreuses modifi cations de forme des protéines sont produites

par phosphorylation 175Une cellule eucaryote contient une grande collection de protéine-

kinases et de protéine-phosphatases 176La régulation des protéine-kinases Cdk et Src montre qu’une protéine

peut fonctionner comme une puce électronique 177Les protéines qui se lient au GTP et l’hydrolysent sont des régulateurs

cellulaires ubiquitaires 178Des protéines de régulation contrôlent l’activité des protéines de

liaison au GTP en déterminant la liaison d’un GDP ou d’un GTP 179Les mouvements de grosses protéines peuvent être produits par de

petites protéines 179Les protéines motrices entraînent de grands déplacements dans les

cellules 181Des transporteurs liés à la membrane utilisent de l’énergie pour

pomper des molécules à travers la membrane 182Les protéines forment souvent de gros complexes qui fonctionnent

comme des machines protéiques 184Les machines protéiques avec leurs parties interchangeables

utilisent effi cacement l’information génétique 184L’activation des machines protéiques suppose souvent de les

positionner sur des sites spécifi ques 185De nombreuses protéines sont contrôlées par des modifi cations

covalentes sur plusieurs sites 186Un réseau complexe d’interactions protéiques est à la base de la

fonction cellulaire 187Résumé 190Problèmes 191Références 193

Chapitre 4 ADN, chromosomes et génomes 195

STRUCTURE ET FONCTION DE L’ADN 197Une molécule d’ADN est composée de deux chaînes complémentaires

de nucléotides 197La structure de l’ADN fournit un mécanisme à l’hérédité 199Chez les eucaryotes, l’ADN est enfermé dans le noyau cellulaire 200Résumé 201

L’ADN CHROMOSOMIQUE ET SON EMPAQUETAGE DANS LA FIBRE DE CHROMATINE 202L’ADN eucaryote est empaqueté dans un ensemble de chromosomes 202Les chromosomes contiennent de longues fi les de gènes 204La séquence des nucléotides du génome humain indique comment

les gènes sont disposés chez l’homme 205La comparaison des génomes révèle des séquences d’ADN

conservées au cours de l’évolution 207Les chromosomes se présentent sous différents états au cours de la vie

d’une cellule 208Chaque molécule d’ADN qui forme un chromosome linéaire doit

contenir un centromère, deux télomères et des origines de réplication 209

Les molécules d’ADN sont très condensées dans les chromosomes 210Les nucléosomes sont les unités de structure de base des chromosomes

eucaryotes 211

Pour les réactions séquentielles, les valeurs de ΔG° s’ajoutent 77Des molécules de transport activées sont indispensables à la

biosynthèse 78La formation d’un transporteur enrichi en énergie est couplée à une

réaction énergétiquement favorable 79L’ATP est la molécule de transport d’énergie la plus utilisée 80L’énergie stockée dans l’ATP est souvent utilisée pour unir deux

molécules 81NADH et NADPH sont d’importants transporteurs d’électrons 82Il existe beaucoup d’autres molécules de transport dans les cellules 83La synthèse des polymères biologiques nécessite un apport

d’énergie 84Résumé 87

COMMENT LES CELLULES TIRENT LEUR ÉNERGIE DES ALIMENTS 88La glycolyse est une voie métabolique centrale de production d’ATP 88La fermentation permet de produire de l’ATP en l’absence d’oxygène 89La glycolyse illustre la manière dont les enzymes couplent l’oxydation

au stockage de l’énergie 91Les organismes stockent les molécules alimentaires dans des

réservoirs spéciaux 91Entre les repas, la plupart des cellules animales tirent leur énergie

des acides gras 95Les sucres et les graisses sont dégradés en acétyl CoA dans les

mitochondries 96Le cycle de l’acide citrique génère du NADH par oxydation des

groupements acétyle en CO2 97Le transport d’électrons entraîne la synthèse de la majorité de l’ATP

dans la plupart des cellules 100Les acides aminés et les nucléotides font partie du cycle de l’azote 100Le métabolisme est organisé et régulé 101Résumé 103Problèmes 103Références

Chapitre 3 Protéines 125

FORME ET STRUCTURE DES PROTÉINES 125La forme d’une protéine est spécifi ée par sa séquence d’acides aminés 125Les protéines se replient en une conformation de plus faible énergie 130L’hélice α et le feuillet β sont des types de repliement fréquents 131Les domaines protéiques sont des unités modulaires à partir

desquelles des protéines plus grandes sont construites 135Parmi les nombreuses chaînes polypeptidiques possibles, peu seront

utiles aux cellules 136Les protéines peuvent être classées en un grand nombre de familles 137Les recherches de séquences homologues permettent d’identifi er

les proches parents 139Certains domaines protéiques participent à de nombreuses protéines

différentes 140Certaines paires de domaines sont retrouvées associées dans de

nombreuses protéines 141Le génome humain code un ensemble complexe de protéines

et en a révélé beaucoup que nous ne connaissions pas encore 142Les grosses molécules protéiques contiennent souvent plus d’une

chaîne polypeptidique 142Certaines protéines forment de longs fi laments hélicoïdaux 143De nombreuses molécules protéiques ont des forme allongées et

fi breuses 145De nombreuses protéines contiennent une quantité étonnamment

grande de chaînes polypeptidiques non structurées 146Les protéines extracellulaires sont souvent stabilisées par des liaisons

transversales covalentes 147Les protéines servent souvent de sous-unités d’assemblage pour former

des grosses structures 148Beaucoup de structures cellulaires peuvent s’auto-assembler 149La formation de structures biologiques complexes est souvent facilitée

par des facteurs d’assemblage 151Résumé 152

FONCTION DES PROTÉINES 152Toutes les protéines se lient à d’autres molécules 153La conformation de la surface d’une protéine détermine son activité

chimique 154La comparaison des séquences entre les membres d’une famille

de protéines fait apparaître des sites de liaison décisifs 155Les protéines se lient à d’autres protéines par l’intermédiaire de

plusieurs types d’interfaces 156Les sites de liaison aux anticorps sont particulièrement capables

d’adaptation 156

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Sommaire détaillé xi

Chapitre 5 Réplication, réparation et recombinaison de l’ADN 263

CONSERVATION DES SÉQUENCES ADN 263Les taux de mutations sont extrêmement bas 263Un taux bas de mutations est nécessaire à la vie telle que nous la

connaissons 265Résumé 265

MÉCANISMES DE RÉPLICATION DE L’ADN 266L’appariement des bases est à l’origine de la réplication et de la

réparation de l’ADN 266La fourche de réplication de l’ADN est asymétrique 266La haute-fi délité de la réplication de l’ADN nécessite plusieurs

mécanismes de vérifi cation 268Seule la réplication de l’ADN dans la direction 5’→3’ permet une

correction effi cace des erreurs 271Une enzyme particulière catalysant la polymérisation de nucléotides

synthétise de courtes molécules d’ARN amorce sur le brin retardé 272Des protéines particulières facilitent l’ouverture de la double hélice

d’ADN en avant de la fourche de réplication 273La molécule d’ADN polymérase qui se déplace le long de l’ADN

reste connectée grâce à un anneau coulissant 273Les protéines situées à la fourche de réplication coopèrent pour

former la machine réplicative 275Un système de réparation des mésappariements contrôlé par le brin

d’ADN enlève les erreurs de réplication qui ont échappé à la machinerie de la réplication 276

Les ADN topo-isomérases empêchent que l’ADN ne s’emmêle pendant la réplication 278

La réplication de l’ADN est fondamentalement similaire chez les eucaryotes et les bactéries 280

Résumé 281

INITIATION ET FIN DE LA RÉPLICATION DE L’ADN DANS LES CHROMOSOMES 281La synthèse de l’ADN commence aux origines de réplication 281Les chromosomes bactériens n’ont généralement qu’une seule

origine de réplication de l’ADN 282Les chromosomes eucaryotes contiennent de multiples origines de

réplication 282Chez les eucaryotes, la réplication de l’ADN ne s’effectue que pendant

une partie du cycle cellulaire 284Différentes régions du même chromosome se répliquent à des

moments différents au cours de la phase S 285La chromatine fortement condensée se réplique tardivement, alors

que les gènes de la chromatine moins condensée ont tendance à se répliquer précocement 285

Des séquences d’ADN bien défi nies servent d’origine de réplication chez un eucaryote simple, la levure bourgeonnante 286

Un grand complexe comportant de multiples sous-unités se fi xe sur les origines de réplication des eucaryotes 287

Les séquences d’ADN qui spécifi ent l’initiation de la réplication chez les mammifères ont été diffi ciles à identifi er 288

De nouveaux nucléosomes s’assemblent à l’arrière de la fourche de réplication 289

Les mécanismes de duplication des chromosomes eucaryotes s’assurent que le motif particulier de la modifi cation des histones peut être transmis 290

La télomérase réplique les extrémités des chromosomes 292La longueur du télomère est régulée par les cellules et les organismes 293Résumé 294

RÉPARATION DE L’ADN 295Sans réparation de l’ADN, les lésions spontanées modifi eraient

rapidement les séquences d’ADN 296La double hélice d’ADN est facilement réparée 296Les dommages sur l’ADN peuvent être éliminés de plusieurs façons 297Le couplage de la réparation de l’ADN à la transcription permet à

l’ADN le plus important pour la cellule d’être réparé effi cacement 299La nature chimique des bases de l’ADN facilite la détection des

dommages 300Des ADN polymérases spéciales sont utilisées pour les réparations

d’urgence de l’ADN 302Les cassures des doubles brins sont effi cacement réparées 302Les dommages causés à l’ADN retardent la progression du cycle

cellulaire 303Résumé 304

RECOMBINAISON HOMOLOGUE 304La recombinaison homologue a de multiples utilités dans la cellule 304La recombinaison homologue a des caractéristiques communes dans

toutes les cellules 305

La structure du cœur du nucléosome révèle le mode d’empaquetage de l’ADN 212

Les nucléosomes ont une structure dynamique et sont souvent soumis à des modifi cations catalysées par des complexes de remodelage de la chromatine dépendant de l’ATP 215

Les nucléosomes sont généralement compactés en une fi bre de chromatine compacte 216

Résumé 218

RÉGULATIONS DE LA STRUCTURE CHROMATINIENNE 219Quelques anciens mystères se rapportant à la structure de la

chromatine 220L’hétérochromatine est hautement organisée et exceptionnellement

résistante à l’expression des gènes 220Les histones du cœur subissent des modifi cations covalentes sur de

nombreux sites différents 222La chromatine acquiert une variété supplémentaire par l’insertion de

petites quantités d’histones modifi ées sur des sites particuliers 224Les modifi cations covalentes et les variants d’histones agissent de

concert pour produire un « code des histones » qui aide à déterminer les fonctions biologiques 224

Un complexe de protéines de lecture et d’écriture du code peut propager des modifi cations précises de la chromatine, sur de longues distances, le long d’un chromosome 226

Des séquences garde-fou bloquent la propagation des complexes de lecture-écriture et séparent deux domaines de proximité de la chromatine 227

La chromatine des centromères révèle comment les histones modifi ées peuvent créer des structures particulières 228

Les structures chromatiniennes peuvent être directement transmises par hérédité 230

La structure des édifi ces chromatiniens ajoute des particularités uniques aux fonctions des chromosomes d’eucaryotes 231

Résumé 233

STRUCTURE GLOBALE DES CHROMOSOMES 233Les chromosomes sont repliés en larges boucles de chromatine 234Les chromosomes polytènes sont exceptionnellement utiles pour

visualiser la structure de la chromatine 236Il existe de nombreuses formes d’hétérochromatine 238Les boucles de chromatine se décondensent quand les gènes qu’elles

contiennent sont exprimés 239La chromatine peut se déplacer vers des sites particuliers du noyau

afi n d’altérer l’expression de ses gènes 239Un réseau de macromolécules forme un ensemble d’environnements

biochimiques distincts à l’intérieur du noyau 241Les chromosomes mitotiques sont formés à partir de la chromatine

dans son état le plus condensé 243Résumé 245

COMMENT ÉVOLUENT LES GÉNOMES 245Des altérations du génome peuvent être causées par des échecs

dans les mécanismes normaux de copie et d’entretien de l’ADN 246Les différences entre les séquences des génomes de deux espèces

sont proportionnelles à la durée pendant laquelle celles-ci ont évolué séparément 247

Les arbres phylogénétiques construits par comparaison des séquences ADN permettent d’établir des relations entre tous les organismes 248

La comparaison des chromosomes humains et de souris montre comment les structures de génomes divergent 249

La taille du génome d’un vertébré refl ète la vitesse relative des additions et des pertes d’ADN dans une lignée 251

Nous pouvons reconstituer la séquence de quelques génomes anciens 251La comparaison de séquences provenant de nombreuses espèces

a permis d’identifi er de longues séquences ADN à fonction inconnue 252

Des modifi cations accélérées dans des séquences antérieurement bien conservées peuvent aider à déchiffrer les étapes critiques de l’évolution humaine 253

La duplication des gènes est une source importante de nouveauté génétique au cours de l’évolution 253

Les gènes dupliqués divergent 254L’évolution de la famille des gènes de la globine montre comment les

duplications de l’ADN contribuent à l’évolution des organismes 256Des gènes codant de nouvelles protéines peuvent être créés

par recombinaison des exons 257Souvent, des mutations silencieuses se disséminent jusqu’à ce qu’elles

se fi xent dans une population, avec une probabilité qui dépend de la taille de cette population 257

L’analyse des différences génétiques entre les hommes peut beaucoup nous apprendre 258

Résumé 260Problèmes 260Références 262

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xii Sommaire détaillé

L’épissage de l’ARN catalysé par le splicéosome a probablement évolué à partir d’un mécanisme d’autoépissage 355

Les enzymes de maturation des ARN produisent l’extrémité 3’ des ARNm des eucaryotes 357

Les ARNm matures des eucaryotes sont exportés du noyau sélectivement 358

De nombreux ARN non codants sont également synthétisés et transformés dans le noyau 360

Le nucléole est une usine qui produit des ribosomes 362Le noyau contient diverses structures sub-nucléaires 363Résumé 366

DE L’ARN AUX PROTÉINES 366Une séquence d’ARNm est décodée par groupes de trois nucléotides 367Les molécules d’ARNt font correspondre les acides aminés aux codons

de l’ARNm 368Les ARNt sont modifi és de façon covalente avant de sortir du noyau 369Des enzymes spécifi ques couplent chaque acide aminé à sa molécule

d’ARNt particulière 370L’édition par les ARNt synthétases assure l’exactitude 371Les acides aminés sont ajoutés à l’extrémité C-terminale de la chaîne

polypeptidique en croissance 373Le message ARN est décodé sur les ribosomes 373Les facteurs d’élongation font avancer la traduction et améliorent

son exactitude 377Le ribosome est un ribozyme 378Des séquences nucléotidiques de l’ARNm signalent où doit commencer

la synthèse protéique 379Les codons d’arrêt marquent la fi n de la traduction 381Les protéines sont fabriquées sur des polyribosomes 381Il existe des variations mineures du code génétique standard 382Les inhibiteurs de la synthèse protéique des procaryotes sont des

antibiotiques utiles 383L’exactitude dans la traduction nécessite une dépense d’énergie

libre 385Des mécanismes de contrôle de qualité opèrent pour prévenir la

traduction des ARNm endommagés 385Certaines protéines commencent à se replier alors qu’elles sont

encore en cours de synthèse 387Les molécules chaperons facilitent le repliement de nombreuses

protéines 388Les régions hydrophobes exposées fournissent des signaux critiques

pour le contrôle de qualité des protéines 390Le protéasome est une protéase compartimentée avec des sites actifs

isolés 391Un système élaboré de conjugaison à l’ubiquitine marque les protéines

pour leur destruction 393Beaucoup de protéines sont contrôlées par une destruction régulée 395Les protéines mal repliées peuvent s’agréger et provoquer des maladies

destructrices chez l’homme 396Il existe de nombreuses étapes entre l’ADN et les protéines 399Résumé 399

LE MONDE ARN ET LES ORIGINES DE LA VIE 400Le stockage des informations est nécessaire à la vie 401Les polynucléotides peuvent stocker des informations et catalyser

des réactions chimiques 401Un monde pré-ARN a probablement précédé le monde ARN 402Les molécules d’ARN simples brins peuvent se replier en structures

extrêmement élaborées 403Les molécules qui s’auto-répliquent subissent une sélection naturelle 404Comment la synthèse protéique s’est-elle développée ? 407Toutes les cellules actuelles utilisent l’ADN comme matériel

héréditaire 408Résumé 408Problèmes 409Références 410

Chapitre 7 Contrôle de l’expression des gènes 411

GÉNÉRALITÉS SUR LE CONTRÔLE DES GÈNES 411Les différents types cellulaires d’un organisme multicellulaire

contiennent le même ADN 411Les différents types cellulaires synthétisent différents ensembles de

protéines 412Des signaux externes peuvent conduire une cellule à modifi er

l’expression de ses gènes 413L’expression des gènes peut être contrôlée au niveau de nombreuses

étapes dans la voie allant de l’ADN aux ARN puis aux protéines 415Résumé 415

La recombinaison homologue est guidée par l’appariement des bases de l’ADN 305

La protéine RecA et ses homologues permettent à un ADN simple brin de s’apparier avec une région homologue d’une double hélice d’ADN 307

La migration de branche peut soit élargir les régions d’hétéroduplex, soit libérer de l’ADN nouvellement synthétisé sous forme d’un simple brin 308

La recombinaison homologue peut réparer sans faute une cassure totale d’ADN double brin 308

Les cellules contrôlent avec soin le recours à la recombinaison homologue pour réparer l’ADN 310

Des jonctions de Holliday sont souvent formées au cours des processus de recombinaison homologue 311

La recombinaison au cours de la méiose commence avec une cassure programmée de l’ADN double brin 312

La recombinaison homologue a souvent comme résultat une conversion génique 314

La correction des mésappariements empêche la recombinaison entre deux séquences d’ADN proches médiocrement appariées 315

Résumé 316

TRANSPOSITION ET RECOMBINAISON CONSERVATIVE SPÉCIFIQUE DE SITE 316Grâce à la transposition, les éléments génétiques mobiles peuvent

s’insérer dans n’importe quelle séquence ADN 317Les transposons d’ADN se déplacent à la fois selon des mécanismes

de coupé-collé de l’ADN et selon des mécanismes réplicatifs 317Certains virus utilisent un des mécanismes de transposition pour

pénétrer dans les chromosomes de la cellule hôte 319Les rétrotransposons de type rétroviral ressemblent à des rétrovirus

dépourvus d’enveloppe protéique 320Une grande partie du génome humain est composée de

rétrotransposons non rétroviraux 321Différents éléments transposables prédominent dans différents

organismes 322Les séquences du génome révèlent le moment approximatif

où les éléments transposables se sont déplacés dans le temps 323La recombinaison conservative spécifi que de site peut réarranger

l’ADN de façon réversible 323La recombinaison conservative spécifi que de site a été découverte

chez le bactériophage λ 324La recombinaison conservative spécifi que de site est utilisée pour

activer et inactiver les gènes 324Résumé 326Problèmes 327Références 328

Chapitre 6 Les cellules lisent le génome : de l’ADN aux protéines 329

DE L’ADN À L’ARN 331Des portions d’ADN sont transcrites en ARN 332La transcription produit un ARN complémentaire d’un des deux brins

d’ADN 333Les cellules produisent divers types d’ARN 335Des signaux codés dans l’ADN indiquent à l’ARN polymérase où

commencer et où fi nir 336Les signaux de début et de fi n de transcription sont des séquences

de nucléotides hétérogènes 338L’initiation de la transcription chez les eucaryotes nécessite de

nombreuses protéines 339L’ARN polymérase II nécessite des facteurs de transcription généraux 340L’ARN polymérase II nécessite aussi des protéines activatrices,

un médiateur et des protéines qui modifi ent la chromatine 342L’élongation de la transcription produit une tension superhélicoïdale

dans l’ADN 343Chez les eucaryotes, l’élongation de la transcription est fortement

couplée à la maturation de l’ARN 345L’addition d’une coiffe à l’ARN est la première modifi cation des pré-

ARNm des eucaryotes 346L’épissage de l’ARN enlève les séquences d’intron des pré-ARNm

néotranscrits 347Des séquences de nucléotides signalent où l’épissage doit se produire 349Le splicéosome effectue l’épissage de l’ARN 349Le splicéosome utilise l’hydrolyse de l’ATP pour produire une série

complexe de réarrangements ARN-ARN 351D’autres propriétés des pré-ARNm et de leur synthèse aident à

expliquer le choix du site d’épissage correct 352Un deuxième ensemble de RNPsn effectue l’épissage d’une petite

fraction de séquences d’introns chez les animaux et les végétaux 353L’épissage de l’ARN présente une souplesse remarquable 355

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Sommaire détaillé xiii

Deux protéines qui répriment mutuellement leur synthèse déterminent l’état transmissible du bactériophage lambda 457

Des circuits simples de régulation des gènes peuvent être utilisés comme dispositifs mnésiques 458

Des circuits de transcription permettent à la cellule d’effectuer des opérations logiques 459

La biologie de synthèse crée de nouveaux dispositifs à partir d’éléments biologiques existants 460

Les rythmes circadiens sont fondés sur les boucles de rétrocontrôle de la régulation des gènes 460

Une seule protéine régulatrice de gènes peut coordonner l’expression d’un ensemble de gènes 462

L’expression d’une protéine régulatrice de gènes critique peut déclencher l’expression de toute une batterie de gènes en aval 463

Le contrôle combinatoire des gènes engendre de nombreux types cellulaires différents chez les eucaryotes 464

Une seule protéine régulatrice de gènes peut déclencher la formation d’un organe entier 465

Le schéma des méthylations de l’ADN est transmissible lors de la division des cellules de vertébrés 467

L’empreinte génomique parentale est basée sur la méthylation de l’ADN 468

Des îlots riches en CG sont associés à de nombreux gènes chez les mammifères 470

Les mécanismes épigénétiques assurent que des schémas stables d’expression des gènes peuvent être transmis aux cellules fi lles 471

Des altérations de la structure chromatinienne sur toute la longueur du chromosome peuvent être transmissibles 473

Le contrôle de l’expression des gènes est intrinsèquement bruyant 476Résumé 477

CONTRÔLES POST-TRANSCRIPTIONNELS 477L’atténuation de la transcription entraîne la fi n prématurée de

certaines molécules d’ARN 477Les commutateurs ribonucléotidiques pourraient représenter une

ancienne forme de contrôle des gènes 478L’épissage alternatif de l’ARN permet de produire différentes

formes d’une même protéine à partir du même gène 479La défi nition du gène a dû être modifi ée depuis la découverte

de l’épissage alternatif 480La détermination du sexe de Drosophila dépend d’une série

contrôlée d’événements d’épissage alternatif 481Une modifi cation dans le site de coupure du transcrit ARN et

l’addition de poly-A peuvent modifi er l’extrémité C-terminale d’une protéine 482

L’édition de l’ARN peut modifi er le sens du message ARN 483Le transport de l’ARN à partir du noyau peut être régulé 485Certains ARNm sont localisés dans des régions particulières du

cytoplasme 486Les régions 5’ et 3’ non traduites de l’ARNm en contrôlent sa

traduction 488La phosphorylation d’un facteur d’initiation module globalement la

synthèse des protéines 488L’initiation sur des codons AUG situés en amont du point d’initiation

de la traduction peut moduler l’initiation de la traduction d’un eucaryote 489

Les sites d’entrée internes aux ribosomes apportent des opportunités supplémentaires pour le contrôle de la traduction 491

Des modifi cations de la stabilité des ARNm peuvent moduler l’expression des gènes 492

L’addition de poly-A dans le cytoplasme peut moduler la traduction 493Des petits transcrits d’ARN non codants modulent de nombreux

gènes animaux et végétaux 493L’ARN interférent représente un mécanisme de défense de la

cellule 495L’interférence d’ARN peut diriger la formation d’hétérochromatine 496L’ARN interférent est devenu un instrument de recherche puissant 497Résumé 497Problèmes 497Références 499

Chapitre 8 Manipulation des protéines, l’ADN et l’ARN 501

ISOLATION DES CELLULES ET CULTURE CELLULAIRE 501Des cellules peuvent être isolées à partir de tissus intacts 502Les cellules peuvent pousser en culture 502Les lignées cellulaires eucaryotes sont largement utilisées en tant que

source homogène de cellules 505Les cellules souches embryonnaires pourraient révolutionner la

médecine 505

MOTIFS DE LIAISON À L’ADN DANS LES PROTÉINES RÉGULATRICES DE GÈNES 416Les protéines régulatrices de gènes ont été découvertes grâce à la

génétique bactérienne 416L’extérieur de l’hélice d’ADN peut être lu par des protéines 416De courtes séquences ADN sont des composantes fondamentales

des commutateurs génétiques 418Les protéines régulatrices de gènes portent des motifs structuraux

qui peuvent lire les séquences ADN 418Le motif hélice-tour-hélice est l’un des plus simples et des plus

communs des motifs de liaison à l’ADN 419Les protéines à homéodomaines constituent une classe spéciale de

protéines de type hélice-tour-hélice 420Il existe plusieurs types de motifs en doigt à zinc se liant à l’ADN 421Les feuillets β peuvent aussi reconnaître l’ADN 422Certaines protéines utilisent des boucles qui entrent dans le grand

et le petit sillon pour reconnaître l’ADN 423La glissière à leucine sert d’intermédiaire à la fois pour la liaison

à l’ADN et pour la dimérisation des protéines 423L’hétérodimérisation augmente le répertoire des séquences ADN

reconnues par les protéines régulatrices de gènes 424Le motif hélice-boucle-hélice est aussi un intermédiaire dans la

dimérisation et la liaison à l’ADN 425Il n’est pas encore possible de prévoir les séquences ADN reconnues

par toutes les protéines régulatrices de gènes 426Un test de retard sur gel détecte les protéines de liaison à des

séquences spécifi ques de l’ADN 427La chromatographie d’affi nité de l’ADN facilite la purifi cation des

protéines de liaison à l’ADN spécifi ques de séquences 428La séquence ADN reconnue par une protéine régulatrice de gènes

peut être déterminée expérimentalement 429Les empreintes phylogénétiques identifi ent les séquences régulatrices

grâce à la génomique comparative 431L’immunoprécipitation de la chromatine identifi e de nombreux

sites ADN occupés par des protéines régulatrices de gènes dans les cellules vivantes 431

Résumé 432

MODE DE FONCTIONNEMENT DES COMMUTATEURS GÉNÉTIQUES 432Le répresseur du tryptophane est un commutateur simple qui active

et inactive les gènes chez les bactéries 433Les activateurs de transcription activent les gènes 435Un activateur transcriptionnel et un répresseur transcriptionnel

contrôlent l’opéron Lac 435L’ADN fait des boucles particulières au cours de la régulation

des gènes bactériens 437Les bactéries utilisent des sous-unités d’ARN polymérase inter-

changeables pour faciliter le contrôle de la transcription des gènes 438

Des commutateurs complexes ont évolué pour contrôler la transcription des gènes chez les eucaryotes 439

Chez les eucaryotes, la région contrôlant le gène comprend un promoteur et des séquences ADN régulatrices 440

Les protéines activatrices de gènes eucaryotes facilitent l’assemblage de l’ARN polymérase et des facteurs généraux de la transcription 441

Les protéines activatrices de gènes eucaryotes modifi ent aussi la structure locale de la chromatine 442

Les protéines activatrices de gènes travaillent en synergie 444Les protéines répresseurs de gènes des eucaryotes peuvent inhiber

la transcription de différentes façons 445Les protéines régulatrices de gènes des eucaryotes se lient souvent

à l’ADN avec coopérativité 445Les commutateurs génétiques complexes qui contrôlent le

développement de Drosophila sont formés à partir de modules plus petits 447

Le gène Eve de Drosophila est régulé par des contrôles combinatoires 448Les régions complexes de contrôle de gènes des mammifères sont

aussi construites à partir de modules régulateurs simples 450Les isolateurs sont des séquences d’ADN qui empêchent les

protéines régulatrices de gènes eucaryotes d’infl uencer des gènes distants 452

Les commutateurs de gènes évoluent rapidement 453Résumé 453

LES MÉCANISMES GÉNÉTIQUES MOLÉCULAIRES QUI CRÉENT LES DIFFÉRENTS TYPES CELLULAIRES SPÉCIALISÉS 454Les réarrangements de l’ADN servent de médiateur aux changements

de phase des bactéries 454Un ensemble de protéines régulatrices de gènes détermine le type

cellulaire chez une levure bourgeonnante 455

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xiv Sommaire détaillé

Les mutations peuvent causer une perte ou un gain de fonction des protéines 557

Les tests de complémentarité révèlent si deux mutations sont situées dans le même gène ou dans deux gènes différents 558

On peut classer l’ordre des gènes dans une voie métabolique grâce à l’analyse de l’épistasie 558

Les gènes identifi és par mutations peuvent être clonés 559La génétique humaine pose problème, mais elle ouvre des

opportunités 560Les gènes humains sont transmis par blocs d’haplotypes, ce qui aide

dans la recherche des mutations responsables de maladies 561Les caractères complexes sont sous le contrôle de plusieurs gènes 563La génétique inverse commence par un gène connu et détermine

les processus cellulaires qui dépendent de son fonctionnement 563Les gènes peuvent être construits de plusieurs façons 564Les gènes synthétiques peuvent être insérés dans la lignée germinale

de nombreux organismes 565Des animaux peuvent être modifi és génétiquement 566Les végétaux transgéniques sont importants à la fois pour la biologie

cellulaire et pour l’agriculture 568De grandes collections d’invalidations marquées (tagged knockout)

constituent un outil de choix pour l’examen des fonctions de chaque gène d’un organisme 569

La méthode de l’ARN interférent est une voie simple et rapide pour tester la fonction des gènes 571

Les gènes reporters et l’hybridation in situ révèlent quand et où un gène est exprimé 572

L’expression des gènes peut être mesurée pour chacun d’eux par RT-PCR quantitative 573

Les puces à ADN suivent l’expression de milliers de gènes à la fois 574L’expression des gènes dans des cellules isolées révèle un bruit de fond

biologique 575Résumé 576Problèmes 576Références 578

Chapitre 9 Observation des cellules 579OBSERVATION DES CELLULES AU MICROSCOPE OPTIQUE 579La résolution du microscope optique permet de visualiser des détails

espacés de 0,2 µm 580Les cellules vivantes sont clairement vues en microscopie à contraste

de phase ou à contraste d’interférence différentielle 583Des techniques électroniques permettent d’améliorer et d’analyser

les images 583Les prélèvements de tissus sont généralement fi xés puis coupés

avant microscopie 585La microscopie à fl uorescence permet de localiser des molécules

spécifi ques dans les cellules 586Les anticorps permettent de détecter des molécules spécifi ques 588Le microscope optique permet l’imagerie d’objets complexes en trois

dimensions 589Le microscope confocal produit des coupes optiques en excluant

la lumière située hors du champ de focalisation 590Les protéines fl uorescentes peuvent être utilisées pour marquer

individuellement des protéines dans les cellules vivantes et les organismes 592

On peut suivre les mouvements des protéines dans les cellules vivantes 593

Des indicateurs émetteurs de lumière peuvent mesurer les rapides variations de concentrations ioniques intracellulaires 596

Il existe différentes stratégies pour introduire dans les cellules des molécules auxquelles la membrane est imperméable 597

La lumière permet de manipuler les objets microscopiques et de les visualiser 598

Des molécules isolées sont visualisées grâce à la microscopie de fl uorescence à excitation par ondes évanescentes 599

Le microscope à force atomique permet de toucher et de déplacer des molécules isolées 600

On peut marquer les molécules par des isotopes radioactifs 600Les radioisotopes sont utilisés pour suivre les molécules dans les cellules

et organismes 602Résumé 603

OBSERVATION DES CELLULES ET DES MOLÉCULES AU MICROSCOPE ÉLECTRONIQUE 604Le microscope électronique permet la résolution de la structure fi ne

de la cellule 604Les échantillons biologiques nécessitent une préparation particulière

pour la microscopie électronique 605Des macromolécules particulières sont localisées par immunomarquage

à l’or couplé à la microscopie électronique 606La microscopie électronique à balayage permet d’obtenir l’image

des surfaces 607

La transplantation nucléaire dans une cellule somatique pourrait apporter une solution pour produire des cellules souches personnalisées 507

Les lignées cellulaires d’hybridomes sont des usines produisant des anticorps monoclonaux 508

Résumé 510

PURIFICATION DES PROTÉINES 510Une cellule peut être fractionnée en ses divers constituants 510Les extraits cellulaires fournissent des systèmes accessibles pour étudier

les fonctions cellulaires 511Les protéines peuvent être séparées par chromatographie 512La chromatographie d’affi nité exploite la présence de sites de liaison

spécifi ques sur les protéines 513Le marquage par génie génétique est un moyen simple pour purifi er

les protéines 514Des systèmes acellulaires purifi és sont nécessaires pour disséquer

avec précision les fonctions des molécules 516Résumé 516

ANALYSE DES PROTÉINES 517Les protéines peuvent être séparées par électrophorèse sur gel de

polyacrylamide en SDS 517Des protéines spécifi ques peuvent être détectées par transfert puis

incubation avec un anticorps 518La spectrométrie de masse est une technique extrêmement sensible

permettant d’identifi er des protéines inconnues 519Les méthodes de séparation bidimensionnelles sont particulièrement

puissantes 521Des mesures hydrodynamiques révèlent la taille et la forme d’un

complexe protéique 522Des ensembles de protéines qui interagissent peuvent être identifi és

par des méthodes biochimiques 523Les interactions entre protéines sont aussi identifi ées par la technique

du double hybride chez la levure 523La combinaison des données obtenues à partir de différentes

techniques conduit à l’établissement de cartes d’interactions entre protéines fi ables 524

Des méthodes optiques permettent de suivre les interactions entre protéines en temps réel 524

Certaines techniques permettent de suivre les molécules isolées 526La fonction des protéines peut être perturbée sélectivement par des

petites molécules 527La structure des protéines peut être déterminée par diffraction des

rayons X 527La RMN permet de déterminer la structure d’une protéine en solution 529La séquence et la structure des protéines fournissent des indices

sur leur fonction 530Résumé 531

ANALYSE ET MANIPULATION DE L’ADN 532Les nucléases de restriction coupent en fragments les grandes

molécules d’ADN 532L’électrophorèse sur gel sépare les molécules d’ADN en fonction de

leur taille 534Les molécules d’ADN purifi ées peuvent être marquées spécifi quement

in vitro par un isotope radioactif ou un marqueur chimique 535Les réactions d’hybridation des acides nucléiques représentent

un moyen de détection très sensible de séquences de nucléotides particulières 535

Les techniques de Southern et de Northern facilitent l’hybridation des molécules d’acides nucléiques séparées par électrophorèse 538

Les gènes peuvent être clonés en utilisant des banques d’ADN 540Deux types de banques d’ADN avec deux visées différentes 541Les clones d’ADNc contiennent des séquences codantes

ininterrompues 544Les gènes peuvent être amplifi és sélectivement par PCR 544Les cellules peuvent être utilisées comme des usines de production

de protéines spécifi ques 546Les protéines et acides nucléiques peuvent être synthétisés

directement par réactions chimiques 548L’ADN peut être séquencé rapidement 548Les séquences nucléotidiques servent à prédire les séquences en acides

aminés des protéines 550Les génomes de nombreux organismes ont été entièrement

séquencés 551Résumé 552

ÉTUDE DE L’EXPRESSION ET DES FONCTIONS DES GÈNES 553La génétique classique commence par perturber les processus

cellulaires par mutagenèse au hasard 553Le criblage génétique identifi e les mutants ayant des anomalies

particulières 556

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Sommaire détaillé xv

CANAUX IONIQUES ET PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES DES MEMBRANES 667Les canaux ioniques sont spécifi ques d’un ion et fl uctuent entre les

états ouvert et fermé 667Le potentiel de membrane des cellules animales dépend principalement

des canaux de fuite du K+ et du gradient de K+ à travers la membrane plasmique 669

Le potentiel de repos ne diminue que lentement lorsque la pompe à Na+-K+ est arrêtée 669

La structure tridimensionnelle d’un canal K+ bactérien montre comment un canal ionique peut fonctionner 671

Les aquaporines sont perméables à l’eau mais imperméables aux ions 673

La fonction d’un neurone dépend de sa structure allongée 675Les canaux cationiques à vanne contrôlée par le voltage engendrent

des potentiels d’action dans les cellules électriquement excitables 676La myélinisation augmente la vitesse et l’effi cacité de la propagation

des potentiels d’action dans les cellules nerveuses 678L’enregistrement de résultats obtenus par la technique du patch-clamp

montre que tout canal ionique à vannes s’ouvre selon le mode tout-ou-rien 680

Les canaux à cations à vannes contrôlées par le voltage sont apparentés d’un point de vue évolutif et structurel 682

Les canaux ioniques à vannes contrôlées par un transmetteur transforment les signaux chimiques en signaux électriques au niveau des synapses chimiques 682

Les synapses chimiques peuvent être excitatrices ou inhibitrices 684Les récepteurs à l’acétylcholine de la jonction neuromusculaire sont

des canaux à cations à vannes contrôlées par un transmetteur 684Les canaux ioniques à vannes contrôlées par un transmetteur sont les

cibles majeures des médicaments agissant sur l’activité psychique 686La transmission neuromusculaire implique l’activation séquentielle

de cinq ensembles différents de canaux ioniques 687Chaque neurone est un dispositif d’intégration complexe 688L’intégration neuronale nécessite l’association d’au moins trois sortes

de canaux K+ 689La potentialisation à long terme (LTP) dans l’hippocampe des

mammifères dépend de l’entrée de Ca2+ par les canaux à récepteur au NMDA 691

Résumé 692Problèmes 693Références 694

Chapitre 12 Compartiments intracellulaires et tri des protéines 695

COMPARTIMENTALISATION CELLULAIRE 695Toutes les cellules eucaryotes possèdent le même ensemble

fondamental d’organites entourés d’une membrane 695L’origine, au cours de l’évolution, des organites entourés d’une

membrane permet d’interpréter leurs relations topologiques 697Les protéines se déplacent entre les compartiments de différentes

façons 699Les séquences signal dirigent les protéines vers la bonne adresse

cellulaire 701La plupart des organites ne peuvent pas être construits de novo :

ils nécessitent des informations sur l’organite lui-même 702Résumé 704

TRANSPORT DES MOLÉCULES ENTRE LE NOYAU ET LE CYTOSOL 704Les complexes de pores nucléaires perforent l’enveloppe nucléaire 705Les signaux de localisation nucléaire dirigent les protéines nucléaires

vers le noyau 705Les récepteurs d’importation nucléaire se lient aux signaux de

localisation nucléaire et aux protéines NPC 707L’exportation nucléaire s’effectue comme l’importation, mais en sens

inverse 708La GTPase Ran actionne le transport directionnel à travers le complexe

du pore nucléaire 708Le transport entre le noyau et le cytosol peut être régulé par le

contrôle de l’accès à la machinerie de transport 709L’enveloppe nucléaire se désagrège pendant la mitose 710Résumé 712

TRANSPORT DES PROTÉINES DANS LES MITOCHONDRIES ET LES CHLOROPLASTES 713La translocation dans les mitochondries dépend de séquences signal

et de protéines de translocation 713Les précurseurs des protéines mitochondriales sont importés sous

forme d’une chaîne polypeptidique dépliée 715

La microscopie électronique à transmission associée à l’ombrage métallique permet un examen à haute résolution des caractéristiques des surfaces 608

La coloration négative et la microscopie cryoélectronique permettent toutes deux de voir les macromolécules à forte résolution 610

La combinaison d’images multiples augmente la résolution 610L’association de vues, prises sous des angles différents, permet la

reconstruction tridimensionnelle d’un objet 612Résumé 612Problèmes 614Références 615

Chapitre 10 Structure membranaire 617LA BICOUCHE LIPIDIQUE 617Les phosphoglycérides, les sphingolipides et les stérols sont les

principaux lipides des membranes cellulaires 618Les phospholipides forment spontanément des bicouches 620La bicouche lipidique est un fl uide à deux dimensions 621La fl uidité de la bicouche lipidique dépend de sa composition 622En dépit de leur fl uidité, les bicouches lipidiques peuvent former des

domaines de compositions différentes 624Les gouttelettes lipidiques sont entourées par une monocouche de

phospholipides 625L’asymétrie de la bicouche lipidique a une importance fonctionnelle 626Des glycolipides sont retrouvés à la surface de toutes les membranes

plasmiques 628Résumé 629

LES PROTÉINES MEMBRANAIRES 629Les protéines membranaires peuvent s’associer à la bicouche lipidique

de différentes façons 629Des ancres lipidiques contrôlent la localisation membranaire de

certaines protéines de signalisation 630Dans la plupart des protéines transmembranaires la chaîne

polypeptidique traverse la bicouche lipidique sous forme d’hélice α 631

Les hélices α transmembranaires interagissent souvent entre elles 632Certains barils β forment des canaux qui traversent les membranes 634De nombreuses protéines membranaires sont glycosylées 635Les protéines membranaires peuvent être solubilisées et purifi ées

au moyen de détergents 636La bactériorhodopsine, composée de sept hélices α qui traversent

la bicouche lipidique, est une pompe à protons tirant son énergie de la lumière 640

Les protéines membranaires fonctionnent souvent sous forme de larges complexes 642

De nombreuses protéines membranaires diffusent dans le plan de la membrane 642

Les cellules peuvent confi ner les protéines et les lipides dans des domaines particuliers de la membrane 645

Le cytosquelette cortical confère aux membranes une résistance mécanique et restreint la diffusion des protéines membranaires 646

Résumé 648Problèmes 648Références 650

Chapitre 11 Transport membranaire de petites molécules et propriétés électriques des membranes 651PRINCIPES DU TRANSPORT MEMBRANAIRE 651Les bicouches lipidiques dépourvues de protéines sont très

imperméables aux ions 652Il existe deux classes principales de protéines de transport

membranaire : les transporteurs et les canaux 652Le transport actif s’effectue par l’intermédiaire de transporteurs

couplés à une source d’énergie 653Résumé 654

TRANSPORTEURS ET TRANSPORT MEMBRANAIRE ACTIF 654Le transport actif peut être actionné par des gradients ioniques 656Les transporteurs de la membrane plasmique contrôlent le pH

cytosolique 657Une distribution asymétrique des transporteurs dans les cellules

épithéliales sous-tend le transport transcellulaire des solutés 658Il existe trois classes de pompes ATP-dépendantes 659La pompe à Ca2+ est la mieux comprise des ATPases de type P 660La pompe à Na+-K+ de type P de la membrane plasmique établit

le gradient de Na+ à travers la membrane plasmique 661Les transporteurs ABC constituent la plus grande famille de protéines

de transport membranaire 663Résumé 667

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xvi Sommaire détaillé

Le transport du RE à l’appareil de Golgi passe par des agrégats tubulaires vésiculaires 768

La voie rétrograde vers le RE utilise des signaux de tri 769De nombreuses protéines sont sélectivement retenues dans les

compartiments dans lesquels elles fonctionnent 771L’appareil de Golgi est formé d’une série ordonnée de compartiments 771Les chaînes d’oligosaccharides subissent une maturation dans l’appareil

de Golgi 773Les protéoglycanes sont assemblés dans l’appareil de Golgi 775Quel est l’intérêt de cette glycosylation ? 776Le transport à travers l’appareil de Golgi peut se faire par transport

vésiculaire ou maturation des citernes 777Les protéines de la matrice du Golgi facilitent l’organisation de

l’appareil 778Résumé 779

TRANSPORT DEPUIS LE RÉSEAU TRANS-GOLGIEN VERS LES LYSOSOMES 779Les lysosomes sont le site principal de la digestion intracellulaire 779Les lysosomes sont hétérogènes 780Les vacuoles végétales et fongiques sont des lysosomes

remarquablement polyvalents 781Les matériaux sont livrés aux lysosomes par de multiples voies 782Un récepteur du mannose 6-phosphate reconnaît les protéines

lysosomales dans le réseau trans-golgien 783Le récepteur M6P fait la navette entre des membranes spécifi ques 784Un patch signal de la chaîne polypeptidique de l’hydrolase fournit

le signal d’addition des M6P 785Les anomalies de la GlcNAc phosphotransférase provoquent une

maladie de stockage lysosomal chez l’homme 785Certains lysosomes peuvent subir une exocytose 786Résumé 786

TRANSPORT DANS LA CELLULE DEPUIS LA MEMBRANE PLASMIQUE : L’ENDOCYTOSE 787Des cellules phagocytaires spécialisées peuvent ingérer de grosses

particules 787Les vésicules de pinocytose se forment à partir de puits recouverts

(coated pits) de la membrane plasmique 789Les vésicules de pinocytose ne sont pas toutes recouvertes de clathrine 790Les cellules importent certaines macromolécules extracellulaires

par une endocytose couplée à des récepteurs 791Les matériaux endocytés non récupérés à partir des endosomes

fi nissent dans les lysosomes 792Des protéines spécifi ques sont retirées des endosomes précoces et

retournent dans la membrane plasmique 793Des corps multivésiculaires se forment sur la voie qui conduit aux

endosomes tardifs 795Des macromolécules peuvent être transférées à travers les feuillets

cellulaires épithéliaux par transcytose 797Les cellules épithéliales possèdent deux compartiments différents

d’endosomes précoces mais un compartiment commun d’endosomes tardifs 798

Résumé 799

TRANSPORT DEPUIS LE RÉSEAU TRANS-GOLGIEN VERS L’EXTÉRIEUR DE LA CELLULE : L’EXOCYTOSE 799Nombre de protéines et de lipides semblent être transportés

automatiquement de l’appareil de Golgi à la surface cellulaire 800Les vésicules sécrétoires bourgeonnent à partir du réseau

trans-golgien 801Les protéines subissent souvent une protéolyse pendant la formation

des vésicules sécrétoires 803Les vésicules sécrétoires attendent près de la membrane plasmique

jusqu’à ce qu’elles reçoivent le signal pour libérer leur contenu 803L’exocytose régulée peut être une réponse localisée de la membrane

plasmique et de son cytoplasme sous-jacent 804Les composants membranaires des vésicules sécrétoires sont

rapidement éliminés de la membrane plasmique 805Certains événements d’exocytose régulée permettent d’agrandir la

membrane plasmique 805Les cellules polarisées dirigent les protéines du réseau trans-golgien

vers le domaine approprié de la membrane plasmique 805Des stratégies différentes guident sélectivement les protéines et les

lipides membranaires vers les domaines adéquats de la membrane plasmique 806

Les vésicules synaptiques peuvent se former directement à partir des vésicules d’endocytose 807

Résumé 809Problèmes 810Références 812

L’hydrolyse de l’ATP et un potentiel de membrane entraînent l’importation des protéines dans l’espace matriciel 716

Les bactéries et les mitochondries utilisent les mêmes mécanismes pour insérer les porines dans leur membrane externe 717

Il existe plusieurs voies de transport protéique dans la membrane mitochondriale interne et dans l’espace intermembranaire 717

Deux séquences signal dirigent les protéines vers la membrane thylacoïde des chloroplastes 719

Résumé 720

PEROXYSOMES 721Les peroxysomes utilisent l’oxygène moléculaire et le peroxyde

d’hydrogène (eau oxygénée) pour effectuer les réactions oxydatives 721

Une courte séquence signal dirige l’importation des protéines dans les peroxysomes 722

Résumé 723

RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE 723Le RE est structurellement et fonctionnellement divers 724Les séquences signal ont d’abord été découvertes sur les protéines

importées dans le RE rugueux 726Une particule de reconnaissance du signal (SRP) dirige les séquences

signal du RE vers un récepteur spécifi que de la membrane du RE rugueux 727

La chaîne polypeptidique traverse un pore aqueux du translocateur 730La translocation à travers la membrane du RE ne nécessite pas toujours

que l’élongation de la chaîne polypeptidique se poursuive 731Dans les protéines à un seul domaine transmembranaire, une unique

séquence signal interne pour le RE reste dans la bicouche lipidique et forme une hélice α qui traverse la membrane 732

Les combinaisons de signaux de début et de fi n de transfert déterminent la topologie des protéines à multiples domaines transmembranaires 734

Les chaînes polypeptidiques transloquées se replient et s’assemblent dans la lumière du RE rugueux 736

La plupart des protéines synthétisées dans le RE rugueux sont glycosylées par addition d’un oligosaccharide commun lié par une liaison N-osidique 736

Les oligosaccharides servent de marqueurs de l’état de repliement d’une protéine 738

Les protéines mal repliées sont exportées hors du RE et dégradées dans le cytosol 739

Les protéines mal repliées du RE activent une réponse aux protéines dépliées 740

Certaines protéines membranaires acquièrent une ancre de glycosylphosphatidylinositol (GPI), fi xée de façon covalente 742

La plupart des bicouches lipidiques sont assemblées dans le RE 743Résumé 745Problèmes 746Références 748

Chapitre 13 Transport vésiculaire intracellulaire 749MÉCANISMES MOLÉCULAIRES DU TRANSPORT MEMBRANAIRE ET ENTRETIEN DE LA DIVERSITÉ DES COMPARTIMENTS 750Il y a différents types de vésicules recouvertes d’un manteau 751L’assemblage d’un manteau de clathrine entraîne la formation d’une

vésicule 754Tous les manteaux ne forment pas des structures en forme de paniers 755Les phosphoinositides sont des marqueurs d’organites et de domaines

de membrane 757La séparation par pincement et la perte du manteau des vésicules

recouvertes sont deux processus régulés par des protéines cytoplasmiques 757

Des GTPases monomériques contrôlent l’assemblage du manteau 758Toutes les vésicules de transport ne sont pas sphériques 760Les protéines Rab assurent la spécifi cité de l’arrimage des vésicules 760Les SNARE sont les intermédiaires de la fusion membranaire 762Les SNARE qui interagissent doivent être séparées avant de pouvoir

fonctionner à nouveau 764Les protéines de fusion virales et les SNARE peuvent utiliser les mêmes

mécanismes de fusion 764Résumé 766

TRANSPORT DEPUIS LE RE À TRAVERS L’APPAREIL DE GOLGI 766Les protéines quittent le RE dans des vésicules de transport recouvertes

de COPII 767Seules les protéines correctement repliées et assemblées peuvent

quitter le RE 767

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Sommaire détaillé xvii

Les protéines de transport de la membrane interne des chloroplastes contrôlent l’échange des métabolites avec le cytosol 854

Les chloroplastes effectuent également d’autres biosynthèses cruciales 855

Résumé 855

SYSTÈMES GÉNÉTIQUES DES MITOCHONDRIES ET DES PLASTES 855Les mitochondries et les chloroplastes contiennent des systèmes

génétiques complets 856La croissance et la division des organites déterminent le nombre de

mitochondries et de plastes d’une cellule 857Les génomes des mitochondries et des chloroplastes sont variés 859Les mitochondries et les chloroplastes ont probablement tous deux

évolué à partir de bactéries endosymbiotiques 859Les mitochondries ont une utilisation souple des codons et peuvent

avoir une variante du code génétique 861Les mitochondries des animaux contiennent le plus simple des systèmes

génétiques connus 862Certains gènes des organites contiennent des introns 863Le génome des chloroplastes des végétaux supérieurs contient

120 gènes environ 863Les gènes mitochondriaux sont transmis par un mécanisme non

mendélien 864Dans de nombreux organismes, les gènes des organites sont transmis

par la mère 866Les levures mutantes « petite » mettent en évidence l’importance

primordiale du noyau cellulaire dans la biogenèse mitochondriale 866Les mitochondries et les plastes contiennent des protéines spécifi ques

de tissu qui sont codées par le noyau cellulaire 867Les mitochondries importent la majorité de leurs lipides ; les

chloroplastes synthétisent la plupart des leurs 867Les mitochondries pourraient contribuer au vieillissement des cellules

et des organismes 868Pourquoi les mitochondries et les chloroplastes ont-ils leur propre

système génétique ? 868Résumé 870

ÉVOLUTION DES CHAÎNES DE TRANSPORT DES ÉLECTRONS 870Les premières cellules produisaient probablement l’ATP par

fermentation 870Les chaînes de transport des électrons permettent aux bactéries

anaérobies d’utiliser des molécules non fermentables comme principale source d’énergie 871

En fournissant une source intarissable de pouvoir réducteur, les bactéries photosynthétiques ont surmonté un obstacle évolutif majeur 872

Les chaînes photosynthétiques de transport des électrons des cyanobactéries ont produit l’oxygène atmosphérique et ont permis de nouvelles formes de vie 873

Résumé 875Problèmes 877Références 878

Chapitre 15 Communication cellulaire 879

PRINCIPES GÉNÉRAUX DE LA COMMUNICATION CELLULAIRE 879Les molécules de signalisation extracellulaire se lient à des récepteurs

spécifi ques 880Les molécules de signalisation extracellulaire peuvent agir sur de

courtes ou de longues distances 881Les jonctions communicantes de type gap permettent à des cellules

voisines de mettre en commun les informations de signalisation 884Chaque cellule est programmée pour répondre à des combinaisons

spécifi ques de molécules de signalisation extracellulaire 884Les différents types cellulaires répondent généralement différemment

à une même molécule de signalisation extracellulaire 885Le destin de certaines cellules au cours de leur développement dépend

de leur position dans les gradients de morphogènes 886Une cellule ne peut modifi er rapidement la concentration d’une

molécule intracellulaire que si celle-ci a une demi-vie courte 886Le gaz monoxyde d’azote crée un signal en agissant directement sur

l’activité de protéines spécifi ques à l’intérieur de la cellule cible 887Les récepteurs nucléaires sont des protéines régulatrices de gènes

activées par un ligand 889Les trois plus grandes classes de récepteurs protéiques membranaires

sont les récepteurs couplés aux canaux ioniques, aux protéines G et aux enzymes 891

Chapitre 14 Conversion énergétique : mitochondries et chloroplastes 813

LA MITOCHONDRIE 815Les mitochondries comportent une membrane externe, une membrane

interne et deux compartiments internes 816Le cycle de l’acide citrique produit des électrons riches en énergie 817Un processus chimio-osmotique convertit l’énergie de l’oxydation

en ATP 817Les électrons sont transférés du NADH à l’oxygène par l’intermédiaire

de trois gros complexes d’enzymes respiratoires 819Au cours du déplacement des électrons le long de la chaîne

respiratoire, l’énergie est mise en réserve sous forme d’un gradient électrochimique de protons à travers la membrane interne 820

Le gradient de protons actionne la synthèse d’ATP 821Le gradient de protons actionne un transport couplé à travers la

membrane interne 822Les gradients de protons produisent la majeure partie de l’ATP de la

cellule 822Les mitochondries maintiennent dans les cellules un rapport ATP/ADP

élevé 823L’ATP est utile pour la cellule du fait de la forte valeur négative de

la ΔG de son hydrolyse 824L’ATP synthase peut aussi fonctionner en sens inverse pour hydrolyser

l’ATP et pomper des H+ 826Résumé 827

LES CHAÎNES DE TRANSPORT DES ÉLECTRONS ET LEURS POMPES À PROTONS 827Les protons sont particulièrement faciles à déplacer 827Le potentiel redox est une mesure de l’affi nité des électrons 828Les transferts d’électrons libèrent de grandes quantités d’énergie 829Des méthodes de spectroscopie ont été utilisées pour identifi er de

nombreux transporteurs d’électrons de la chaîne respiratoire 829La chaîne respiratoire comprend trois gros complexes enzymatiques

encastrés dans la membrane interne 831Un centre fer-cuivre de la cytochrome oxydase catalyse effi cacement

la réduction d’O2 832Les transferts d’électrons dans la membrane mitochondriale interne

se font par l’intermédiaire de collisions aléatoires 834Une baisse importante du potentiel redox à travers chacun des trois

complexes enzymatiques respiratoires fournit l’énergie pour pomper les H+ 835

Les trois principaux complexes enzymatiques utilisent des mécanismes différents pour pomper les H+ 835

Les ionophores à H+ découplent le transport des électrons de la synthèse d’ATP 836

Le contrôle respiratoire restreint normalement le fl ux d’électrons qui traverse la chaîne 837

Des agents découplants naturels transforment les mitochondries de la graisse brune en générateurs de chaleur 838

La mitochondrie a de nombreuses fonctions essentielles dans le métabolisme cellulaire 838

Les bactéries utilisent aussi les mécanismes chimio-osmotiques pour maîtriser l’énergie 839

Résumé 840

CHLOROPLASTES ET PHOTOSYNTHÈSE 840Le chloroplaste est un organite membre de la famille des plastes 841Les chloroplastes ressemblent aux mitochondries mais ont un

compartiment supplémentaire 842Les chloroplastes captent l’énergie de la lumière solaire et l’utilisent

pour fi xer le carbone 843La ribulose bisphosphate carboxylase catalyse la fi xation du carbone 844La fi xation d’une molécule de CO2 consomme trois molécules d’ATP

et deux molécules de NADPH 845Dans certains végétaux la fi xation du carbone est compartimentalisée

pour faciliter la croissance à faibles concentrations en CO2 846La photosynthèse dépend de la photochimie des molécules de

chlorophylle 847Un photosystème est composé d’un centre réactionnel photochimique

et d’un complexe de l’antenne 848Dans un centre réactionnel, l’énergie lumineuse capturée par la

chlorophylle transforme un donneur faible d’électrons en un donneur fort d’électrons 849

La photophosphorylation non cyclique produit du NADPH et de l’ATP 850Les chloroplastes peuvent produire de l’ATP

par photophosphorylation cyclique sans produire de NADPH 853Les photosystèmes I et II ont des structures apparentées et ressemblent

également aux photosystèmes bactériens 853La force proton-motrice est la même dans les mitochondries et les

chloroplastes 853

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xviii Sommaire détaillé

VOIES DE SIGNALISATION DÉPENDANTES DE LA PROTÉOLYSE RÉGULÉE DE PROTÉINES RÉGULATRICES DE GÈNES LATENTS 946Le récepteur protéique Notch est une protéine régulatrice de gène

latent 946Les protéines Wnt se lient aux récepteurs Frizzled et inhibent la

dégradation des β-caténines 948Les protéines Hedgehog se lient aux récepteurs Patched, ce qui lève

leur inhibition des récepteurs Smoothened 950De nombreux stimuli facteurs de stress et d’infl ammation agissent

par une voie de signalisation dépendante des NF-κB 952Résumé 954

SIGNALISATION CHEZ LES VÉGÉTAUX 955La multicellularité et la communication cellulaire ont évolué

indépendamment chez les végétaux et les animaux 955Les récepteurs à activité sérine/thréonine-kinase sont la classe la plus

importante de récepteurs membranaires chez les végétaux 956L’éthylène bloque la dégradation de protéines régulatrices de gènes

dans le noyau 957Le positionnement régulé des transporteurs d’auxine organise la

croissance des végétaux 959Les phytochromes détectent la lumière rouge et les cryptochromes

la lumière bleue 960Résumé 961Problèmes 962Références 964

Chapitre 16 Cytosquelette 965

AUTO-ASSEMBLAGE ET STRUCTURE DYNAMIQUE DES FILAMENTS DU CYTOSQUELETTE 965Les fi laments du cytosquelette sont dynamiques et adaptables 966Le cytosquelette peut aussi former des structures stables 969Chaque type de fi lament du cytosquelette est construit à partir de

sous-unités protéiques plus petites 970Les fi laments formés à partir de multiples protofi laments présentent

des propriétés avantageuses 971La nucléation est l’étape limitante de la vitesse de formation

d’un polymère du cytosquelette 973Les sous-unités de tubuline et d’actine s’assemblent « tête-à-queue »

pour créer des fi laments polaires 973Les deux extrémités des microtubules et des fi laments d’actine sont

différentes et poussent à des vitesses différentes 975Le treadmilling ou « vissage par vis sans fi n » et l’instabilité dynamique

des fi laments sont les conséquences de l’hydrolyse des nucléotides par la tubuline et l’actine 976

Le treadmilling et l’instabilité dynamique participent au réarrangement rapide du cytosquelette 980

La tubuline et l’actine ont été extrêmement conservées pendant l’évolution des eucaryotes 982

La structure des fi laments intermédiaires dépend d’une fasciculation latérale et de l’enroulement de superenroulements 983

Les fi laments intermédiaires procurent une stabilité mécanique aux cellules animales 985

Des substances chimiques peuvent altérer la polymérisation des fi laments 987

Chez les bactéries, l’organisation et la division cellulaires dépendent d’homologues du cytosquelette des eucaryotes 989

Résumé 991

LES CELLULES PEUVENT RÉGULER LES FILAMENTS DE LEUR CYTOSQUELETTE 992Un complexe protéique contenant de la tubuline γ est nécessaire

à la nucléation des microtubules 992Dans les cellules animales, les microtubules émanent du centrosome 992La nucléation des fi laments d’actine s’effectue souvent au niveau

de la membrane plasmique 996Le mécanisme de nucléation infl uence l’organisation des fi laments

sur une grande échelle 998Des protéines qui se fi xent sur les sous-unités libres modifi ent

l’élongation des fi laments 999Des protéines peuvent réguler la longueur et le comportement cinétique

des fi laments d’actine et des microtubules en les coupant 1000Les protéines qui se fi xent sur les côtés des fi laments peuvent soit

les stabiliser, soit les déstabiliser 1001Les protéines qui interagissent avec les extrémités des fi laments peuvent

modifi er de façon spectaculaire la dynamique de ces derniers 1002Différents types de protéines modifi ent les propriétés des extrémités

de microtubules qui poussent rapidement 1003Dans les cellules, les fi laments sont organisés en structures de plus

en plus grandes 1005Les fi laments intermédiaires s’entrecroisent et forment des faisceaux

résistants 1005

La plupart des récepteurs membranaires activés relaient les signaux par l’intermédiaire de petites molécules et un réseau de protéines de signalisation intracellulaires 893

De nombreuses protéines de signalisation intracellulaire fonctionnent comme des commutateurs moléculaires activés par phosphorylation ou liaison au GTP 895

Des complexes de signalisation intracellulaire augmentent la vitesse, l’effi cacité et la spécifi cité de la réponse 897

Les interactions entre les protéines de signalisation intracellulaire s’effectuent par l’intermédiaire de domaines de liaison modulaires 897

Les cellules utilisent de nombreux mécanismes pour répondre brusquement à une augmentation graduelle de la concentration d’un signal extracellulaire 899

Les réseaux de signalisation intracellulaire utilisent habituellement des boucles de rétrocontrôle (feedback) 901

Les cellules peuvent ajuster leur sensibilité à un signal 902Résumé 903

SIGNALISATION PAR LES RÉCEPTEURS MEMBRANAIRES COUPLÉS AUX PROTÉINES G ET DES PETITS MÉDIATEURS INTRACELLULAIRES 904Les protéines G trimériques relaient les signaux issus des récepteurs

couplés aux protéines G 905Certaines protéines G régulent la production de l’AMP cyclique 905La protéine-kinase dépendante de l’AMP cyclique (PKA) est responsable

de la plupart des effets de l’AMP cyclique 908Certaines protéines G activent la voie de signalisation des inositol

phospholipides en activant la phospholipase C-β 909Le Ca2+ fonctionne comme un messager intracellulaire ubiquitaire 912La fréquence des oscillations du Ca2+ infl uence la réponse de la cellule 912Les protéine-kinases dépendantes de la Ca2+/calmoduline (CaM-kinases)

servent d’intermédiaires à de nombreuses réponses aux signaux Ca2+ dans les cellules animales 914

Certaines protéines G régulent directement des canaux ioniques 916L’odorat et la vision dépendent de récepteurs couplés aux protéines G

qui régulent des canaux ioniques à vanne contrôlée par les nucléotides cycliques 917

Des médiateurs intracellulaires et des cascades enzymatiques amplifi ent les signaux extracellulaires 919

La désensibilisation des récepteurs couplés aux protéines G dépend de la phosphorylation des récepteurs 920

Résumé 921

SIGNALISATION PAR LES RÉCEPTEURS MEMBRANAIRES COUPLÉS À UNE ENZYME 921Les récepteurs à activité tyrosine-kinase s’auto-phosphorylent 922Les tyrosines phosphorylées sur les RTK servent de site d’arrimage

aux protéines de signalisation intracellulaire 923Les protéines à domaine SH2 se lient aux tyrosines phosphorylées 924Ras fait partie d’une grande superfamille de GTPases monomériques 926Le développement de l’œil de Drosophila montre comment les RTK

activent Ras par l’intermédiaire d’adaptateurs et de GEF 927Ras active un module de signalisation MAP-kinase 928Des protéines d’échafaudage empêchent les interactions croisées

entre des voies MAP-kinases parallèles 930Les GTPases de la famille Rho réalisent le couplage fonctionnel des

récepteurs membranaires au cytosquelette 931Les PI 3-kinases produisent des sites d’arrimage pour les lipides dans

la membrane plasmique 932La voie de signalisation PI-3-kinase/Akt stimule la survie et la croissance

des cellules animales 934Les voies de signalisation en aval des RTK et des RCPG se recoupent 935L’activité des récepteurs associés à une tyrosine-kinase dépend de

tyrosine-kinases cytoplasmiques 935Les récepteurs des cytokines activent la voie de signalisation JAK-STAT,

fournissant un accès rapide vers le noyau 937Des protéines tyrosine-phosphatases inversent les phosphorylations

sur les tyrosines 938Les protéines de signalisation de la superfamille des TGF-β agissent

par l’intermédiaire de récepteurs à activité sérine/thréonine-kinase et des Smad 939

Les protéine-kinases spécifi ques de la sérine/thréonine ou de la tyrosine ont des structures apparentées 941

La chimiotaxie bactérienne dépend d’une voie de signalisation à deux composantes, activée par des récepteurs associés à des histidine-kinases 941

La méthylation du récepteur est responsable de l’adaptation au cours de la chimiotaxie bactérienne 943

Résumé 944

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Sommaire détaillé xix

LA PHASE S 1067S-Cdk initie la réplication de l’ADN une fois par cycle 1067La duplication des chromosomes nécessite la duplication des

structures chromatiniennes 1069Les cohésines maintiennent ensemble les deux chromatides sœurs 1070Résumé 1071

LA MITOSE 1071M-Cdk conduit l’entrée en mitose 1071La déphosphorylation active M-Cdk au commencement de la mitose 1074Les condensines aident à confi gurer les chromosomes dupliqués

pour leur séparation 1075Le fuseau mitotique est une machinerie à base de microtubules 1075Des protéines motrices dépendantes des microtubules dirigent

l’assemblage et le fonctionnement du fuseau mitotique 1077Deux mécanismes collaborent à l’assemblage

d’un fuseau mitotique bipolaire 1077La duplication du centrosome se produit tôt dans le cycle cellulaire 1078L’assemblage du fuseau pendant la prophase est initié par M-Cdk 1078Dans les cellules animales, l’assemblage du fuseau ne peut s’achever

qu’après la rupture de l’enveloppe nucléaire 1079L’instabilité des microtubules augmente fortement au cours de la

mitose 1080Les chromosomes de mitose facilitent l’assemblage d’un fuseau

bipolaire 1081Les kinétochores attachent les chromatides sœurs au fuseau 1082La bi-orientation est effectuée par tâtonnements 1083Des forces multiples déplacent les chromosomes sur le fuseau 1085Le complexe APC/C déclenche la séparation des chromatides sœurs

et l’achèvement de la mitose 1087Les chromosomes non attachés bloquent la séparation des chromatides

sœurs : le point de contrôle de l’assemblage du fuseau 1088Les chromosomes se séparent au cours de l’anaphase A et B 1089Les chromosomes séparés sont empaquetés dans les noyaux fi ls

à la télophase 1090La méiose est une forme particulière de division nucléaire impliquée

dans la reproduction sexuée 1090Résumé 1092

LA CYTOCINÈSE 1092L’actine et la myosine II de l’anneau contractile produisent l’énergie

nécessaire à la cytocinèse 1093L’activation locale de RhoA déclenche l’assemblage et la contraction

de l’anneau contractile 1094Les microtubules du fuseau mitotique déterminent le plan de division

de la cellule animale 1095Le phragmoplaste guide la cytocinèse des végétaux supérieurs 1097Des organites entourés de membranes doivent être distribués

aux cellules fi lles pendant la cytocinèse 1098Certaines cellules repositionnent leur fuseau pour se diviser

asymétriquement 1099La mitose peut avoir lieu sans cytocinèse 1099La phase G1 est un état stable d’inactivité des Cdk 1100Résumé 1101

CONTRÔLE DE LA DIVISION ET DE LA CROISSANCE CELLULAIRE 1101Les agents mitogènes stimulent la division cellulaire 1102Les cellules peuvent retarder leur division en entrant dans un état

spécialisé de non-division 1103Les mitogènes stimulent les activités des complexes G1-Cdk et

G1/S-Cdk 1103Un dommage de l’ADN bloque la division cellulaire : la réponse aux

dommages de l’ADN 1105De nombreuses cellules humaines ont une limitation interne du

nombre de divisions cellulaires qu’elles peuvent subir 1107Des signaux de prolifération anormaux entraînent l’arrêt du cycle

ou l’apoptose, excepté dans les cellules cancéreuses 1107La croissance des organismes et des organes dépend de la croissance

cellulaire 1108Les cellules qui prolifèrent coordonnent généralement leur croissance

et leur division 1108Les cellules avoisinantes rivalisent pour capter les protéines

extracellulaires de signalisation 1110Les animaux contrôlent leur masse cellulaire totale par des

mécanismes inconnus 1111Résumé 1112Problèmes 1112Références 1113

Des protéines de liaison croisée ayant des propriétés distinctes organisent des assemblages de fi laments d’actine différents 1006

La fi lamine et la spectrine forment des réseaux de fi laments d’actine 1008Les éléments du cytosquelette forment de nombreuses attaches à la

membrane plasmique 1009Résumé 1010

MOTEURS MOLÉCULAIRES 1010Les protéines motrices basées sur l’actine font partie de la superfamille

des myosines 1011Il y a deux types de protéines motrices des microtubules : les kinésines

et les dynéines 1014Les similitudes structurelles de la myosine et de la kinésine indiquent

une origine évolutive commune 1015Les protéines motrices génèrent des forces en couplant l’hydrolyse

de l’ATP à des modifi cations de conformation 1016La cinétique des protéines motrices est adaptée aux fonctions de la

cellule 1020Les protéines motrices permettent le transport intracellulaire des

organites entourés d’une membrane 1021Le cytosquelette localise des molécules d’ARN spécifi ques 1022Les cellules régulent la fonction des protéines motrices 1023Résumé 1025

CYTOSQUELETTE ET COMPORTEMENT CELLULAIRE 1025La contraction musculaire dépend du glissement de la myosine II

et des fi laments d’actine 1026Une augmentation soudaine de la concentration cytosolique en Ca2+

initie la contraction musculaire 1028Le muscle cardiaque est une machine construite avec précision 1031Les cils et les fl agelles sont des structures mobiles formées de

microtubules et de dynéines 1031La construction du fuseau mitotique se fait grâce à la dynamique

des microtubules et aux interactions avec de nombreuses protéines motrices 1034

De nombreuses cellules peuvent ramper sur un support solide 1036La protrusion de la membrane plasmique est actionnée par la

polymérisation de l’actine 1037L’adhésion et la traction cellulaires permettent aux cellules

d’avancer 1040Les membres de la famille de protéines Rho provoquent des

réarrangements importants du cytosquelette d’actine 1041Des signaux extracellulaires activent les trois membres de la famille

de protéines Rho 1043Des signaux externes peuvent dicter la direction de la migration

cellulaire 1045La communication entre les microtubules et le cytosquelette d’actine

coordonne la polarisation et la locomotion de la cellule entière 1046La spécialisation morphologique complexe des neurones dépend

du cytosquelette 1047Résumé 1050Problèmes 1050Références 1052

Chapitre 17 Cycle cellulaire 1053

VUE D’ENSEMBLE DU CYCLE CELLULAIRE 1054Le cycle cellulaire des eucaryotes est divisé en quatre phases 1054Le contrôle du cycle cellulaire est identique pour tous les eucaryotes 1056Le contrôle du cycle cellulaire peut être disséqué génétiquement

par l’analyse de levures mutantes 1056Le contrôle du cycle cellulaire peut être analysé biochimiquement

chez les embryons d’animaux 1057Le contrôle du cycle cellulaire peut être étudié sur des cellules de

mammifère en culture 1059La progression du cycle cellulaire peut être étudiée de différentes

façons 1059Résumé 1060

LE SYSTÈME DE CONTRÔLE DU CYCLE CELLULAIRE 1060Le système de contrôle du cycle cellulaire déclenche les événements

majeurs du cycle cellulaire 1060Le système de contrôle du cycle cellulaire dépend de protéine-kinases

dépendantes des cyclines (Cdk) qui sont activées cycliquement 1062Une phosphorylation inhibitrice et des protéines inhibitrices de Cdk

(CKI) peuvent supprimer l’activité Cdk 1063Le système de contrôle du cycle cellulaire dépend d’une protéolyse

cyclique 1064Le contrôle du cycle cellulaire dépend aussi de la régulation de la

transcription 1065Le système de contrôle du cycle cellulaire fonctionne comme un réseau

d’interrupteurs biochimiques 1065Résumé 1067

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xx Sommaire détaillé

INTÉGRINES ET ADHÉSION CELLULE-MATRICE 1169Les intégrines sont des hétérodimères transmembranaires qui se

lient au cytosquelette 1170Les intégrines peuvent passer d’une conformation active à une

conformation inactive 1170Des anomalies des intégrines sont responsables de nombreuses

maladies génétiques 1172Des amas d’intégrines forment des adhésions fortes 1174Les fi xations à la matrice extracellulaire se font par l’intermédiaire

des intégrines et contrôlent la prolifération et la survie cellulaire 1175

Les intégrines recrutent des protéines de signalisation aux sites d’adhésion entre cellule et substrat 1176

Les intégrines peuvent produire des effets intracellulaires localisés 1177Résumé 1178

LA MATRICE EXTRACELLULAIRE DES TISSUS CONJONCTIFS ANIMAUX 1178La matrice extracellulaire est produite et orientée par les cellules

qui l’habitent 1179Les chaînes de glycosaminoglycanes (GAG) occupent beaucoup

d’espace et forment des gels hydratés 1179L’acide hyaluronique est un bouche-trou qui facilite la migration

cellulaire au cours de la morphogenèse et de la réparation des tissus 1180

Les protéoglycanes sont composés de chaînes de GAG liées de façon covalente à un noyau protéique 1181

Les protéoglycanes peuvent contrôler les activités des protéines sécrétées 1182

Les protéoglycanes de la surface cellulaire agissent comme des corécepteurs 1183

Les collagènes sont les principales protéines de la matrice extracellulaire 1184

Les chaînes de collagène subissent une série de modifi cations post-traductionnelles 1186

Les propeptides sont éliminés du procollagène après sa sécrétion, pour permettre l’assemblage des fi brilles 1187

Les collagènes sécrétés associés aux fi brilles aident à organiser les fi brilles 1187

Les cellules facilitent l’organisation des fi brilles de collagène qu’elles sécrètent en exerçant une tension sur la matrice 1189

L’élastine donne aux tissus leur élasticité 1189La fi bronectine est une protéine extracellulaire qui aide les cellules

à s’attacher à la matrice 1191Les tensions exercées par les cellules contrôlent l’assemblage des

fi brilles de fi bronectine 1191La fi bronectine se lie aux intégrines par l’intermédiaire d’un

motif RGD 1193Les cellules doivent pouvoir dégrader la matrice aussi bien que la

produire 1193La dégradation de la matrice est localisée à la proximité des cellules 1194Résumé 1195

LA PAROI CELLULAIRE DES VÉGÉTAUX 1195La composition de la paroi cellulaire dépend du type cellulaire 1195La force élastique de la paroi cellulaire permet aux cellules

végétales de développer une pression de turgescence 1197La paroi cellulaire primaire est constituée de microfi brilles de

cellulose entrelacées dans un réseau de polysaccharides pectiques 1197

Les dépôts orientés sur les parois contrôlent la croissance des cellules végétales 1199

Les microtubules orientent les dépôts de paroi cellulaire 1200Résumé 1202Problèmes 1202Références 1204

Chapitre 20 Cancer 1205

LE CANCER EST UN PROCESSUS MICRO-ÉVOLUTIF 1205Les cellules cancéreuses se reproduisent sans restriction et

colonisent les autres tissus 1206La plupart des cancers dérivent d’une seule cellule anormale 1207Les cellules cancéreuses contiennent des mutations somatiques 1208Une seule mutation ne suffi t pas à provoquer un cancer 1209Les cancers se développent progressivement à partir de cellules de

plus en plus aberrantes 1210Les cancers du col de l’utérus sont prévenus par une détection

précoce 1211L’évolution tumorale implique des cycles successifs de mutations

aléatoires transmissibles suivies de sélection naturelle 1212

Chapitre 18 Apoptose 1115La mort cellulaire programmée élimine les cellules indésirables 1115Les cellules en apoptose sont reconnaissables biochimiquement 1117L’apoptose dépend d’une cascade de réactions protéolytiques

intracellulaires médiée par les caspases 1118Les récepteurs de mort situés à la surface de la cellule activent la voie

extrinsèque de l’apoptose 1120La voie intrinsèque de l’apoptose repose sur les mitochondries 1121Les protéines Bcl2 contrôlent la voie intrinsèque de l’apoptose 1121Les IAP inhibent les caspases 1124Les facteurs de survie extracellulaires inhibent l’apoptose par

différents moyens 1126Qu’elle soit excessive ou insuffi sante, l’apoptose peut contribuer

à des maladies 1127Résumé 1128Problèmes 1128Références 1129

Chapitre 19 Jonctions cellulaires, adhésion cellulaire et matrice extracellulaire 1131

CADHÉRINES ET ADHÉSION INTERCELLULAIRE 1133Les cadhérines sont les intermédiaires de l’adhésion intercellulaire

dépendante de Ca2+ chez tous les animaux 1135La superfamille des cadhérines des vertébrés comprend des centaines

de protéines différentes dont beaucoup ont des fonctions de signalisation 1136

Les cadhérines servent d’intermédiaire dans l’adhésion homophile 1137L’adhésion intercellulaire sélective permet à des cellules

de vertébrés dissociées de se rassembler en tissus organisés 1139Les cadhérines contrôlent le regroupement sélectif des cellules 1140Twist contrôle les transitions entre épithélium et mésenchyme 1141Les caténines relient les cadhérines classiques au cytosquelette

d’actine 1142Les jonctions adhérentes coordonnent la mobilité dépendante de

l’actine des cellules adjacentes 1142Les desmosomes donnent une force mécanique aux épithéliums 1143Les jonctions intercellulaires envoient des signaux à l’intérieur de la

cellule 1145Les sélectines sont les intermédiaires transitoires de l’adhésion

intercellulaire dans le courant sanguin 1145Des membres de la superfamille protéique des immunoglobulines

sont les intermédiaires d’une adhésion intercellulaire indépendante de Ca2+ 1146

De nombreux types de molécules d’adhésion cellulaire agissent en parallèle pour créer une synapse 1147

Des protéines d’échafaudage organisent les complexes de jonction 1148Résumé 1149

JONCTIONS SERRÉES ET ORGANISATION DES ÉPITHÉLIUMS 1150Les jonctions serrées forment une soudure entre les cellules et une

barrière entre les domaines membranaires 1150Les protéines d’échafaudage des complexes de jonction jouent un

rôle clé dans le contrôle de la prolifération cellulaire 1153Les jonctions intercellulaires et la lame basale gouvernent la polarité

apico-basale de l’épithélium 1155Un système de signalisation séparé contrôle la polarité du plan

cellulaire 1157Résumé 1158

LES PASSAGES INTERCELLULAIRES : LES JONCTIONS COMMUNICANTES ET LES PLASMODESMES 1158Les jonctions communicantes associent les cellules à la fois

électriquement et métaboliquement 1158Un connexon de jonctions communicantes est constitué de six

sous-unités de connexines transmembranaires 1159Les fonctions des jonctions de type gap sont variées 1161Les cellules peuvent contrôler la perméabilité de leurs jonctions

communicantes 1161Chez les végétaux, les plasmodesmes remplissent de nombreuses

fonctions similaires à celles des jonctions de type gap 1162Résumé 1163

LA LAME BASALE 1164Des lames basales sont sous-jacentes à tous les épithéliums et

entourent certains types cellulaires non épithéliaux 1164La laminine est la composante principale de la lame basale 1165Le collagène de type IV donne à la lame basale sa force élastique 1166La lame basale a des fonctions variées 1167Résumé 1169

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Sommaire détaillé xxi

TRAITEMENT DU CANCER : PRÉSENT ET FUTUR 1256Chercher à guérir le cancer est diffi cile mais non sans espoir 1257Les traitements traditionnels exploitent l’instabilité génétique

et la perte du contrôle du cycle cellulaire des cellules cancéreuses 1257

De nouveaux médicaments peuvent exploiter les causes spécifi ques de l’instabilité génétique d’une tumeur 1257

L’instabilité génétique aide les cancers à devenir progressivement résistants aux traitements 1259

De nouveaux traitements se développent à partir de nos connaissances sur la biologie du cancer 1260

On peut concevoir des petites molécules pour inhiber spécifi quement des protéines oncogéniques 1260

Les vaisseaux sanguins des tumeurs sont des cibles logiques pour une thérapeutique anticancéreuse 1262

De nombreux cancers peuvent être traités en augmentant la réponse immunitaire contre une tumeur spécifi que 1262

Les traitements utilisant simultanément plusieurs médicaments présentent des avantages potentiels dans le traitement du cancer 1263

Les profi ls d’expression génique devraient permettre de classer les cancers en sous-groupes intéressants sur le plan clinique 1264

Il reste encore beaucoup à faire 1264Résumé 1265Problèmes 1265Références 1267

Chapitre 21 Reproduction sexuée : méiose, cellules germinales et fécondation 1269

GÉNÉRALITÉS SUR LA REPRODUCTION SEXUÉE 1269Chez les eucaryotes supérieurs, la phase haploïde est brève 1269La méiose crée la diversité génétique 1271La reproduction sexuée confère un avantage sélectif aux organismes 1271Résumé 1272

MÉIOSE 1272Les gamètes sont produits par deux divisions méiotiques 1272Les chromosomes homologues dupliqués (et les chromosomes sexuels)

s’apparient au début de la prophase I 1274L’appariement des homologues aboutit à la formation du complexe

synaptonémal 1275La ségrégation des homologues dépend de protéines associées aux

kinétochores, spécifi ques de la méiose 1276Les erreurs sont fréquentes au cours de la méiose 1278Les crossing-over intensifi ent le réassortiment génétique 1279Le crossing-over est très régulé 1280Chez les mammifères, la régulation de la méiose est différente chez

les mâles et chez les femelles 1280Résumé 1281

CELLULES GERMINALES PRIMORDIALES ET DÉTERMINATION DU SEXE CHEZ LES MAMMIFÈRES 1282Dans l’embryon de mammifère, des signaux provenant des cellules

voisines désignent les CGP 1282Les CGP migrent dans les gonades en développement 1283Le gène Sry détermine le développement de la gonade des

mammifères en testicule 1283De nombreux aspects de la reproduction sexuée varient énormément

dans les différentes espèces animales 1285Résumé 1286

OVOCYTES 1287Un œuf est une cellule très spécialisée capable d’assurer son

développement de façon indépendante 1287L’ovogenèse procède par étapes 1288La croissance des ovocytes repose sur des mécanismes particuliers 1290La plupart des ovocytes humains meurent sans arriver à maturité 1291Résumé 1292

SPERMATOZOÏDES 1292Les spermatozoïdes sont très adaptés pour transmettre leur ADN

à l’ovule 1292La spermatogenèse est un phénomène continu dans le testicule des

mammifères 1293Le spermatozoïde se développe sous forme de syncytium 1294Résumé 1296

FÉCONDATION 1297La capacitation du spermatozoïde éjaculé se fait dans le tractus

génital féminin 1297Le spermatozoïde capacité se lie à la zone pellucide et subit la

réaction acrosomique 1298

Les modifi cations épigénétiques qui s’accumulent dans les cellules cancéreuses impliquent les structures transmissibles de la chromatine et la méthylation de l’ADN 1213

Les cellules cancéreuses humaines sont génétiquement instables 1214La croissance cancéreuse dépend souvent d’une anomalie du

contrôle de la mort ou de la différenciation cellulaire, ou des deux 1215

Les cellules cancéreuses présentent habituellement une réponse altérée aux dommages de l’ADN et à d’autres formes de stress 1216

Les cellules cancéreuses humaines échappent à la limite programmée de leur prolifération cellulaire 1217

Une petite population de cellules souches cancéreuses entretient de nombreuses tumeurs 1217

Comment naissent les cellules souches cancéreuses ? 1218Pour métastaser, les cellules cancéreuses malignes doivent survivre

et proliférer dans un environnement étranger 1220Les tumeurs induisent l’angiogenèse 1220Le microenvironnement de la tumeur infl uence le développement

du cancer 1222De nombreuses propriétés contribuent généralement à la croissance

cancéreuse 1223Résumé 1223

PRÉVENTION DE CERTAINES CAUSES DE CANCER 1224De nombreux agents responsables de cancers lèsent l’ADN, mais

pas tous 1225Les initiateurs de tumeurs endommagent l’ADN ; les promoteurs

de tumeurs ne le font pas 1226Des virus et d’autres infections provoquent une proportion

signifi cative de cancers chez l’homme 1227L’identifi cation des carcinogènes laisse entrevoir des méthodes

pour éviter les cancers 1229Résumé 1230

DÉCOUVERTE DES GÈNES CRITIQUES DU CANCER 1230Des méthodes différentes sont utilisées pour identifi er des mutations

avec gain de fonction et avec perte de fonction 1231Les rétrovirus peuvent être des vecteurs d’oncogènes qui altèrent le

comportement cellulaire 1232Des recherches d’oncogènes différentes ont convergé sur le même

gène Ras 1233Des études de syndromes rares de cancers héréditaires ont permis

d’identifi er les premiers gènes suppresseurs de tumeur 1234Les gènes suppresseurs de tumeur peuvent aussi être identifi és à partir

d’études de tumeurs 1235Des mécanismes génétiques et épigénétiques peuvent inactiver les

gènes suppresseurs de tumeurs 1235Différentes voies rendent hyperactifs les gènes mutés lors de cancer 1237La chasse aux gènes critiques du cancer se poursuit 1239Résumé 1240

BASES MOLÉCULAIRES DU COMPORTEMENT DES CELLULES CANCÉREUSES 1241Les études menées sur des embryons en développement et des souris

modifi ées génétiquement ont aidé à découvrir les fonctions des gènes critiques du cancer 1241

Un grand nombre de gènes critiques du cancer régulent la division cellulaire 1242

Des voies différentes interviennent dans la dérégulation de la progression du cycle cellulaire et la dérégulation de la croissance cellulaire dans les cellules cancéreuses 1244

Les mutations des gènes qui régulent l’apoptose permettent aux cellules cancéreuses de survivre quand elles ne le devraient pas 1245

Les mutations du gène p53 permettent à de nombreuses cellules cancéreuses de survivre et de proliférer malgré des lésions de leur ADN 1246

Les virus cancérigènes à ADN bloquent l’action de protéines clés suppresseurs de tumeur 1247

Les modifi cations des cellules tumorales qui conduisent aux métastases restent encore mystérieuses 1249

Les cancers colorectaux se développent lentement via une succession de modifi cations visibles 1250

Un petit nombre de lésions génétiques clés sont communes à une grande partie des cancers colorectaux 1251

Certains cancers colorectaux présentent des anomalies de la réparation des mésappariements d’ADN 1254

Il est souvent possible de corréler les étapes de la progression tumorale à des mutations spécifi ques 1254

Chaque cas de cancer est caractérisé par son propre ensemble de lésions génétiques 1256

Résumé 1256

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xxii Sommaire détaillé

Les criblages génétiques ont défi ni des groupes de gènes nécessaires aux aspects spécifi ques du début de l’organisation interne 1332

Les interactions entre l’ovocyte et son environnement défi nissent les axes de l’embryon : le rôle des gènes de polarité de l’œuf 1333

Les gènes de signalisation dorso-ventrale créent un gradient d’une protéine nucléaire régulatrice de gènes 1334

Dpp et Sog établissent un deuxième gradient morphogène qui affi ne l’organisation de la partie dorsale de l’embryon 1336

L’axe dorso-ventral de l’insecte correspond à l’axe ventro-dorsal des vertébrés 1336

Trois classes de gènes de segmentation affi nent l’organisation maternelle antéropostérieure et subdivisent l’embryon 1336

L’expression localisée des gènes de segmentation est régulée par une hiérarchie des signaux de position 1337

La nature modulaire de l’ADN régulateur permet aux gènes de contrôler indépendamment de multiples fonctions 1339

Les gènes de polarité, gap et pair-rule créent une organisation transitoire qui est gardée en mémoire par d’autres gènes 1340

Résumé 1341

GÈNES DE SÉLECTION HOMÉOTIQUE ET FORMATION DE L’AXE ANTÉROPOSTÉRIEUR 1341Le code Hox spécifi e les différences antéropostérieures 1342Les gènes de sélection homéotique codent des protéines de liaison

à l’ADN qui interagissent avec d’autres protéines régulatrices de gènes 1342

Les gènes de sélection homéotique sont exprimés séquentiellement selon leur ordre dans le complexe Hox 1343

Le complexe Hox est porteur d’un enregistrement permanent d’informations positionnelles 1344

Chez les vertébrés aussi, l’axe antéropostérieur est contrôlé par les gènes de sélection Hox 1344

Résumé 1347

ORGANOGENÈSE ET FORMATION DES APPENDICES 1347Les mutations somatiques conditionnelles et induites permettent

l’analyse des fonctions des gènes dans les stades avancés du développement 1348

Les parties du corps de la mouche adulte se développent depuis des disques imaginaux 1349

Les gènes de sélection homéotique sont essentiels pour la mémoire des informations positionnelles dans les cellules du disque imaginal 1351

Des gènes régulateurs spécifi ques défi nissent les cellules qui formeront un appendice 1351

Le disque de l’aile de l’insecte est divisé en compartiments 1352Quatre voies de signalisation familières s’associent pour former

l’organisation du disque de l’aile : Wingless, Hedgehog, Dpp et Notch 1353

La taille de chaque compartiment est régulée par des interactions entre ses cellules 1353

Des mécanismes similaires forment l’organisation des membres des vertébrés 1355

L’expression localisée de classes spécifi ques de protéines régulatrices de gènes anticipe la différenciation cellulaire 1356

L’inhibition latérale isole des cellules mères sensorielles au sein des agrégats proneuraux 1357

L’inhibition latérale entraîne la descendance de la cellule sensorielle mère vers des destins fi naux différents 1357

La polarité planaire des divisions asymétriques est contrôlée par la signalisation via le récepteur Frizzled 1358

Des divisions asymétriques de cellules souches produisent des neurones supplémentaires dans le système nerveux central 1359

La division asymétrique des neuroblastes permet la ségrégation d’un inhibiteur de la division cellulaire dans une seule des cellules fi lles 1361

La signalisation par Notch régule l’organisation fi ne des types cellulaires différenciés dans de nombreux tissus 1362

Certains gènes régulateurs clés défi nissent un type cellulaire ; d’autres peuvent activer le programme de création d’un organe entier 1362

Résumé 1363

MOUVEMENTS CELLULAIRES ET MISE EN FORME DU CORPS DES VERTÉBRÉS 1363La polarité de l’embryon d’amphibien dépend de la polarité

de l’œuf 1364Le clivage produit de nombreuses cellules à partir d’une seule 1365La gastrulation transforme une balle creuse de cellules en une

structure à trois couches, pourvue d’un intestin primitif 1365Les mouvements de la gastrulation sont prévisibles avec précision 1366Des signaux chimiques déclenchent les processus mécaniques 1367

Le mécanisme de la fusion spermatozoïde-ovule est toujours inconnu 1298La fusion avec le spermatozoïde active l’ovule en augmentant le

Ca2+ cytosolique 1299La réaction corticale de l’œuf lui permet de n’être fécondé que par

un seul spermatozoïde 1300Le spermatozoïde fournit au zygote son génome et un centriole 1301FIV et ICSI ont révolutionné le traitement de la stérilité humaine 1301Résumé 1303Références 1304

Chapitre 22 Développement des organismes multicellulaires 1305

MÉCANISMES UNIVERSELS DU DÉVELOPPEMENT ANIMAL 1305Les animaux partagent certaines caractéristiques anatomiques

fondamentales 1307Les animaux multicellulaires sont enrichis en protéines qui servent

d’intermédiaires aux interactions cellulaires et à la régulation génique 1308

L’ADN régulateur défi nit le programme du développement 1309Les manipulations embryonnaires révèlent les interactions

entre les cellules 1310L’étude des animaux mutants permet d’identifi er les gènes qui

contrôlent les processus du développement 1311Une cellule prend des décisions sur son développement bien avant

de présenter des modifi cations visibles 1311Les cellules se souviennent de valeurs positionnelles qui refl ètent

leur localisation dans le corps 1312Des interactions inductives peuvent créer des différences ordonnées

entre des cellules initialement identiques 1313Une division cellulaire asymétrique peut engendrer deux cellules

fi lles différentes 1313Un rétrocontrôle positif peut créer une asymétrie là où il n’y en

avait pas 1314Le rétrocontrôle positif produit des schémas d’organisation, crée

des réponses en tout-où-rien et permet la mémoire 1315Un petit groupe de voies de signalisation, utilisé de façon répétitive,

contrôle l’organisation du développement 1316Les morphogènes sont des inducteurs de longue portée qui exercent

des effets graduels 1316Les inhibiteurs extracellulaires des molécules de signalisation

façonnent la réponse aux inducteurs 1317Des signaux de développement peuvent se propager à travers un

tissu de différentes manières 1318Des programmes intrinsèques à la cellule défi nissent souvent le

déroulement de son développement en fonction du temps 1319L’organisation initiale s’établit dans de petits champs de cellules

puis s’affi ne par induction séquentielle lors de la croissance embryonnaire 1319

Résumé 1320

CAENORHABDITIS ELEGANS : LE DÉVELOPPEMENT DANS LA PERSPECTIVE D’UNE CELLULE PRISE INDIVIDUELLEMENT 1321Caenorhabditis elegans est anatomiquement simple 1321Le destin des cellules du nématode en développement peut être

prédit presque parfaitement 1322Les produits des gènes à effet maternel organisent la division

asymétrique de l’œuf 1323Une organisation progressivement plus complexe est engendrée

par des interactions intercellulaires 1324La microchirurgie et la génétique révèlent la logique du contrôle

du développement ; le clonage et le séquençage des gènes révèlent ses mécanismes moléculaires 1325

Avec le temps, les cellules modifi ent leur capacité de réponse aux signaux de développement 1325

Des gènes hétérochroniques contrôlent la chronologie du développement 1326

Les cellules ne comptent pas le nombre des divisions cellulaires pour établir la chronologie de leur programme interne 1327

Une partie du programme de développement s’accompagne de la mort de certaines cellules par apoptose 1327

Résumé 1328

DROSOPHILA ET LA GÉNÉTIQUE MOLÉCULAIRE DE LA FORMATION D’UN SCHÉMA : LA GENÈSE DU PLAN CORPOREL 1328Le corps de l’insecte est construit sous forme d’une série d’unités

segmentaires 1329Drosophila commence son développement sous forme d’un

syncytium 1330

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Sommaire détaillé xxiii

Chapitre 23 Tissus spécialisés, cellules souches et renouvellement tissulaire 1417

L’ÉPIDERME ET SON RENOUVELLEMENT PAR LES CELLULES SOUCHES 1417Les cellules épidermiques forment une barrière stratifi ée

imperméable à l’eau 1419Au cours de leur maturation, les cellules épidermiques expriment

successivement des gènes différents 1420L’épiderme est renouvelé par des cellules souches situées

dans la couche basale 1420Les deux cellules fi lles d’une cellule souche ne deviennent pas

obligatoirement différentes 1421La couche basale contient à la fois des cellules souches et des cellules

transitoires amplifi catrices 1422Les cellules transitoires amplifi catrices font partie d’une stratégie

de contrôle de la croissance 1423Les cellules souches de certains tissus gardent leurs brins d’ADN

originels 1424La vitesse de division des cellules souches peut augmenter de

manière spectaculaire quand il existe un besoin urgent de nouvelles cellules 1425

Le renouvellement de l’épiderme est gouverné par de nombreux signaux interagissant entre eux 1426

La glande mammaire subit des cycles de développement et de régression 1426

Résumé 1428

ÉPITHÉLIUMS SENSORIELS 1429Les neurones olfactifs sensoriels sont continuellement renouvelés 1429Les cellules auditives ciliées doivent durer toute la vie 1430La majorité des cellules permanentes renouvellent leurs constituants :

les cellules photoréceptrices de la rétine 1432Résumé 1433

VOIES AÉRIENNES ET INTESTIN 1434Des types cellulaires adjacents collaborent dans les alvéoles des

poumons 1434Cellules caliciformes, cellules ciliées et macrophages collaborent

pour entretenir la propreté des voies aériennes 1434Le revêtement de l’intestin grêle s’autorenouvelle plus vite que

n’importe quel autre tissu 1436La voie de signalisation Wnt entretient la population de cellules

souches intestinales 1438La signalisation par Notch contrôle la diversifi cation des cellules

intestinales 1439La signalisation par Éphrine-Eph contrôle les migrations des cellules

épithéliales de l’intestin 1440Les voies de signalisation Wnt, Hedgehog, PDGF, et BMP se

combinent pour délimiter la niche des cellules souches 1441Le foie fonctionne comme une interface entre l’appareil digestif

et le sang 1442La perte de cellules hépatiques stimule la prolifération des cellules

hépatiques 1443Le renouvellement des tissus ne dépend pas forcément des cellules

souches : cellules sécrétant l’insuline du pancréas 1444Résumé 1445

VAISSEAUX SANGUINS, LYMPHATIQUES ET CELLULES ENDOTHÉLIALES 1445Les cellules endothéliales tapissent tous les vaisseaux sanguins et

lymphatiques 1445Les cellules endothéliales des extrémités sont les pionnières de

l’angiogenèse 1446Différents types de cellules endothéliales forment différents types

de vaisseaux 1447Les tissus ayant besoin d’un apport sanguin libèrent VEGF ; la

signalisation par Notch entre les cellules endothéliales régule la réponse 1448

SANGUINES 1450Des signaux en provenance des cellules endothéliales contrôlent

le recrutement de péricytes et de cellules musculaires lisses pour former la paroi des vaisseaux 1450

Résumé 1450

RENOUVELLEMENT PAR DES CELLULES SOUCHES MULTIPOTENTES : LA FORMATION DES CELLULES SANGUINES 1450Il existe trois catégories principales de globules blancs : les

granulocytes, les monocytes et les lymphocytes 1451La production de chaque type de cellule sanguine dans la moelle

osseuse est contrôlée individuellement 1453

Des modifi cations actives du tassement cellulaire fournissent la force qui actionne la gastrulation 1368

Des modifi cations de l’organisation des molécules d’adhésion cellulaire force les cellules à se réorganiser 1369

La notochorde s’allonge, tandis que la plaque neurale s’enroule pour former le tube neural 1370

Un oscillateur de l’expression génique contrôle la segmentation du mésoderme en somites 1371

Un rétrocontrôle négatif retardé est peut-être à l’origine des oscillations de l’horloge de segmentation 1373

Les tissus embryonnaires sont envahis d’une façon strictement contrôlée par les cellules en migration 1373

La répartition des cellules migrantes dépend de facteurs de survie autant que de signaux de guidage 1375

L’asymétrie gauche-droite du corps des vertébrés dérive d’une asymétrie moléculaire de l’embryon dans les premiers stades de développement 1376

Résumé 1377

LA SOURIS 1378Le développement des mammifères commence par un préambule

spécifi que 1378L’embryon de mammifère aux premiers stades de son

développement est hautement régulateur 1380Des cellules souches embryonnaires totipotentes peuvent être

obtenues à partir d’un embryon de mammifère 1380Les interactions entre l’épithélium et le mésenchyme engendrent

des structures tubulaires ramifi ées 1381Résumé 1382

DÉVELOPPEMENT NERVEUX 1383Des caractères différents sont assignés aux neurones selon le

moment et leur lieu de naissance 1383Le caractère assigné au neurone à sa naissance détermine les

connexions qu’il formera 1385Chaque axone ou dendrite s’allonge par le biais d’un cône de

croissance situé à son extrémité 1386Le cône de croissance pilote l’axone en développement le long

d’une voie défi nie avec précision in vivo 1387Les cônes de croissance peuvent modifi er leur sensibilité pendant

leur déplacement 1389Les tissus cibles libèrent des facteurs neurotropes qui contrôlent

la croissance des cellules nerveuses et leur survie 1389La spécifi cité neuronale guide la formation de plans nerveux

ordonnés 1391Les axones des différentes régions de la rétine répondent

différemment à un gradient de molécules répulsives du tectum 1392L’organisation diffuse des connexions synaptiques est affi née par

des remodelages dépendant de l’activité 1393L’expérience modèle l’organisation des connexions synaptiques

dans le cerveau 1395La mémoire adulte et le remodelage des synapses lors du

développement pourraient dépendre de mécanismes similaires 1396

Résumé 1397

DÉVELOPPEMENT DES VÉGÉTAUX 1398Arabidopsis sert d’organisme modèle pour la génétique moléculaire

des végétaux 1398Le génome d’Arabidopsis est riche en gènes de contrôle du

développement 1399Le développement embryonnaire commence par l’établissement

d’un axe racine-pousse, puis s’arrête dans la graine 1400Les méristèmes engendrent successivement les différentes parties

du végétal 1403Le développement du jeune plant dépend de signaux

environnementaux 1403Des signaux hormonaux à distance coordonnent les événements du

développement dans les différentes parties du végétal 1403La forme de chaque nouvelle structure dépend de divisions et

d’expansions cellulaires orientées 1406Chaque module du végétal croît à partir d’un groupe microscopique

de « primordia » situées dans le méristème 1407Le transport polarisé de l’auxine contrôle le schéma des primordia

dans le méristème 1408La signalisation cellulaire entretient le méristème 1409Des mutations régulatrices peuvent transformer la topologie d’un

végétal en modifi ant le comportement cellulaire dans le méristème 1410

Le passage à la fl oraison dépend de signaux environnementaux passés et présents 1412

Les gènes de sélection homéotique spécifi ent les parties d’une fl eur 1413Références 1415Résumé 1415

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xxiv Sommaire détaillé

Tous les aspects de la propagation des virus dépendent de la machinerie de la cellule hôte 1496

Les prions sont des protéines infectieuses 1498Les agents des maladies infectieuses sont liés au cancer, aux maladies

cardiaques et à d’autres maladies chroniques 1499Résumé 1501

BIOLOGIE CELLULAIRE DE L’INFECTION 1501Les germes pathogènes traversent les barrières protectrices pour

coloniser l’hôte 1501Les agents pathogènes qui colonisent les épithéliums doivent éviter

leur élimination par l’hôte 1502Les agents pathogènes intracellulaires ont des mécanismes qui leur

permettent d’entrer et de sortir de la cellule hôte 1504Les particules virales se fi xent sur des molécules exposées à la surface

de la cellule hôte 1505Les particules virales entrent dans les cellules hôtes par fusion

membranaire, formation d’un pore ou rupture membranaire 1506Les bactéries entrent dans les cellules hôtes par phagocytose 1507Les parasites eucaryotes intracellulaires envahissent activement

les cellules hôtes 1508De nombreux agents pathogènes modifi ent le transport membranaire

dans la cellule hôte 1511Les virus et les bactéries utilisent le cytosquelette de la cellule hôte

pour leur déplacement intracellulaire 1514Les virus prennent la direction du métabolisme de la cellule hôte 1517Les agents pathogènes peuvent modifi er le comportement

de l’organisme hôte pour faciliter leur dissémination 1518Les agents pathogènes évoluent rapidement 1518Les variations antigéniques d’un agent pathogène se font par des

mécanismes multiples 1519Les erreurs de réplication dominent l’évolution virale 1520Les agents pathogènes résistants aux médicaments posent un

problème croissant 1521Résumé 1524

BARRIÈRES CONTRE L’INFECTION ET SYSTÈME IMMUNITAIRE INNÉ 1524Les surfaces épithéliales et les défensines aident à éviter l’infection 1525Les cellules humaines reconnaissent des caractéristiques conservées

des agents pathogènes 1526L’activation du complément marque les agents pathogènes en vue

de la phagocytose ou de la lyse 1528Les protéines de type Toll et les protéines NOD forment une ancienne

famille de récepteurs de reconnaissance du motif 1530Les cellules phagocytaires recherchent, phagocytent et détruisent

les agents pathogènes 1531Les macrophages activés contribuent à la réponse infl ammatoire

sur le site d’infection 1533Les cellules infectées par un virus prennent des mesures drastiques

pour éviter sa réplication 1534Les cellules tueuses naturelles induisent le suicide des cellules

infectées par un virus 1535Les cellules dendritiques sont un lien entre les systèmes immunitaires

inné et adaptatif 1536Références 1537Résumé 1537

Chapitre 25 Le système immunitaire adaptatif 1539

LYMPHOCYTES ET BASES CELLULAIRES DE L’IMMUNITÉ ADAPTATIVE 1540Les lymphocytes sont nécessaires à l’immunité adaptative 1540Les systèmes immunitaires, inné et adaptatif, agissent ensemble 1541Les lymphocytes B se développent dans la moelle osseuse, les

lymphocytes T dans le thymus 1543Le système immunitaire adaptatif agit par sélection clonale 1544La plupart des antigènes activent beaucoup de clones de

lymphocytes différents 1545La mémoire immunologique implique à la fois l’expansion clonale

et la différenciation des lymphocytes 1545La tolérance immunologique assure que les antigènes propres

à un individu ne soient pas attaqués 1547Les lymphocytes circulent continuellement entre les organes

lymphoïdes périphériques 1549Résumé 1551

LYMPHOCYTES B ET ANTICORPS 1551Les lymphocytes B produisent des anticorps à la fois sous forme

de récepteurs cellulaires de surface et d’anticorps sécrétés 1552Un anticorps typique possède deux sites identiques de liaison

à l’antigène 1552

La moelle osseuse contient des cellules souches hématopoïétiques 1454Une cellule souche multipotente donne naissance à toutes les

catégories de cellules sanguines 1456La détermination est un processus qui a lieu par étape 1456Les divisions des cellules précurseurs engagées amplifi ent le nombre

de cellules sanguines spécialisées 1457Les cellules souches dépendent de signaux de contact venant des

cellules stromales 1458Les facteurs qui régulent l’hématopoïèse peuvent être analysés en

culture 1459L’érythropoïèse dépend de l’hormone érythropoïétine 1459De multiples CSF infl uent sur la production des neutrophiles et des

macrophages 1460Le comportement d’une cellule hématopoïétique dépend en partie

du hasard 1461La régulation de la survie d’une cellule est aussi importante que

celle de sa prolifération 1462Résumé 1462

GENÈSE, MODULATION ET RÉGÉNÉRATION DU MUSCLE SQUELETTIQUE 1463La fusion des myoblastes donne naissance aux nouvelles cellules du

muscle squelettique 1464Les cellules musculaires peuvent moduler leurs propriétés en

modifi ant les isoformes des protéines qu’elles contiennent 1465Les fi bres musculaires squelettiques sécrètent de la myostatine

pour limiter leur propre croissance 1465Certains myoblastes persistent en tant que cellules souches

quiescentes chez l’adulte 1466Résumé 1467

LES FIBROBLASTES ET LEURS TRANSFORMATIONS : LA FAMILLE DES CELLULES DU TISSU CONJONCTIF 1467Les fi broblastes modifi ent leur caractère en réponse à des

signaux chimiques 1467La matrice extracellulaire pourrait agir sur la différenciation des

cellules du tissu conjonctif en modifi ant la forme et l’ancrage des cellules 1468

Les ostéoblastes sécrètent la matrice osseuse 1469La plupart des os sont construits autour d’un modèle de cartilage 1470L’os est continuellement remodelé par les cellules qu’il contient 1472Les ostéoclastes sont contrôlés par des signaux en provenance des

ostéoblastes 1473Les cellules adipeuses peuvent se développer à partir des

fi broblastes 1474La leptine sécrétée par les adipocytes opère un rétrocontrôle pour

réguler l’ingestion de nourriture 1475Résumé 1476

INGÉNIERIE DES CELLULES SOUCHES 1476Les cellules souches hématopoïétiques peuvent être utilisées pour

remplacer des cellules sanguines malades par des cellules saines 1477Des populations de cellules souches épidermiques peuvent être

multipliées en culture et servir à la réparation tissulaire 1477Les cellules souches nerveuses peuvent être manipulées en culture 1478Les cellules souches nerveuses peuvent repeupler le système nerveux

central 1478Les cellules souches du corps adulte présentent une spécifi cité

tissulaire 1479Les cellules ES peuvent être utilisées pour former n’importe quelle

partie du corps 1480Les cellules ES spécifi ques d’un patient pourraient résoudre le

problème du rejet immunitaire 1481Les cellules ES sont aussi utiles à la découverte de médicaments

et à l’analyse des maladies 1482Résumé 1482Références 1483

Chapitre 24 Agents pathogènes, infection et immunité innée 1485

INTRODUCTION AUX AGENTS PATHOGÈNES 1486Les agents pathogènes ont développé des mécanismes spécifi ques

pour interagir avec l’hôte 1486Les signes et les symptômes d’une infection peuvent être provoqués

par l’agent pathogène ou par les réponses de l’hôte 1487D’un point de vue phylogénétique, les agents pathogènes sont

variés 1488Les bactéries pathogènes sont porteuses de gènes de virulence

spécifi ques 1489Les champignons et les protozoaires parasites ont des cycles de vie

complexes avec des formes multiples 1494

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Sommaire détaillé xxv

Une protéine CMH fi xe un peptide et interagit avec un récepteur d’un lymphocyte T 1577

Les protéines CMH dirigent les lymphocytes T vers leurs cibles appropriées 1579

Les corécepteurs CD4 et CD8 se fi xent sur des parties invariables des protéines CMH 1580

Les lymphocytes T cytotoxiques répondent à des fragments de protéines cytosoliques étrangères, associés aux protéines CMH de classe I 1581

Les lymphocytes T helper répondent à des fragments de protéines étrangères endocytés et associés aux protéines CMH de classe II 1583

Les lymphocytes T potentiellement utiles sont sélectionnés positivement dans le thymus 1585

La plupart des lymphocytes T cytotoxiques et helper en développement qui pourraient être activés par les peptides non étrangers sont éliminés dans le thymus 1586

Certaines protéines spécifi ques d’organes sont exprimées de façon ectopique dans la médullaire du thymus 1587

La fonction des protéines CMH permet d’expliquer leur polymorphisme 1588

Résumé 1588

LYMPHOCYTES T HELPER ET ACTIVATION DES LYMPHOCYTES 1589Les cellules dendritiques activées utilisent plusieurs mécanismes

pour activer les lymphocytes T 1590L’activation des lymphocytes T est contrôlée par un rétrocontrôle

négatif 1591Les sous-classes de lymphocytes T helper effecteurs déterminent

la nature de la réponse immunitaire adaptative 1592Les lymphocytes TH1 activent les macrophages infectés et

stimulent une réponse infl ammatoire 1594La fi xation d’un antigène à un récepteur de lymphocytes B (BCR)

n’est qu’une étape de l’activation des lymphocytes B 1595Les lymphocytes T helper spécifi ques de l’antigène sont essentiels

pour l’activation de la plupart des lymphocytes B 1597Une classe spéciale de lymphocytes B reconnaît des antigènes

indépendants des lymphocytes T 1598Les molécules de reconnaissance immunitaire appartiennent

à l’ancienne superfamille des Ig 1599Résumé 1600Références 1600

Une molécule d’anticorps est composée de chaînes légères et de chaînes lourdes 1552

Il existe cinq classes de chaînes lourdes, qui ont chacune des propriétés biologiques différentes 1553

La force de l’interaction anticorps-antigène dépend du nombre et de l’affi nité des sites de liaison à l’antigène 1557

Les chaînes légères et lourdes sont composées de régions constantes et de régions variables 1558

Les chaînes légères et les chaînes lourdes sont composées de domaines Ig répétitifs 1559

Le site de liaison à l’antigène est construit à partir de boucles hypervariables 1560

Résumé 1561

CRÉATION DE LA DIVERSITÉ DES ANTICORPS 1562Les gènes des anticorps sont assemblés à partir de segments géniques

séparés pendant le développement des lymphocytes B 1562La réunion imprécise des segments géniques augmente fortement

la diversité des régions V 1564Le contrôle de la recombinaison V(D)J assure la monospécifi cité

des lymphocytes B 1565L’hypermutation somatique entraînée par les antigènes affi ne

les réponses des anticorps 1566Les lymphocytes B peuvent modifi er la classe d’anticorps qu’ils

produisent 1567Résumé 1568

LYMPHOCYTES T ET PROTÉINES CMH 1569Les récepteurs des lymphocytes T (TCR) sont des hétérodimères

de type anticorps 1570La présentation de l’antigène par les cellules dendritiques peut soit

activer les lymphocytes T, soit les rendre tolérants 1571Les lymphocytes T cytotoxiques effecteurs conduisent les cellules

cibles infectées au suicide 1572Les lymphocytes T effecteurs helper facilitent l’activation des autres

cellules des systèmes immunitaires inné et adaptatif 1573Les lymphocytes T régulateurs inhibent l’activité des autres

lymphocytes T 1574Les lymphocytes T reconnaissent les peptides étrangers

liés aux protéines CMH 1575Les protéines CMH ont été identifi ées au cours des réactions de

transplantation, avant même que leur fonction ne soit connue 1575Les protéines CMH de classe I et de classe II sont des hétérodimères

de structure similaire 1576

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