Cellules iPS : quelles prouesses !
La différenciation cellulaire est le processus par lequel une cellule peu ou pas différenciée acquiert les caractéristiques d’un type cellulaire sur le plan morphologique et fonctionnel.
La différenciation cellulaire est liée au développement des eucaryotes multicellulaires. Les programmes de différenciation soit les gènes impliqués sont très conservés au cours de l’évolution chez les vertébrés et la plus grande partie des invertébrés : les protéines homologues sont « interchangeables » entre espèces. La différenciation chez les plantes fait quant à elle appel à des mécanismes différents.
La structure et la fonction d’une cellule différenciée dépend :
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De son passé, c'est-à-dire de sa mémoire cellulaire : elle dépend de la combinaison des facteurs de transcription présents dans la cellule et des marques épigénétiques (régions régulatrices plus ou moins modifiées par la méthylation) sur l'ADN acquises au cours de la différenciation. La conséquence de cette mémoire cellulaire est la différenciation spontanée des cellules souches pluripotentes lorsque le milieu est approprié.
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De son environnement actuel
Mécanismes généraux
La différenciation cellulaire est engendrée par deux types de facteurs :
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Les facteurs de transcription nucléaires
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Les molécules transmembranaires impliquées dans la signalisation et l’adhésion intercellulaire
I.Les facteurs de transcription
Ils peuvent induire un programme de différenciation de multiples façons :
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Un même facteur de transcription (FT) peut moduler plus ou moins l’expression de plusieurs gènes cibles.
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Un gène peut être régulé par plusieurs facteurs de transcription.
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Un même facteur de transcription peut activer ou inhiber la transcription d’un gène.
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Un facteur de transcription peut s'autoréguler.
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Un facteur de transcription peut moduler l’expression d’autres facteurs de transcription (action séquentielle).
Par la suite le gène est exprimé par transcription (voir dédifférenciation) puis par traduction. Ainsi in vitro, on est capable d’induire une différenciation des cellules iPS par la surexpression de facteurs de transcription.
Qu'est ce que la traduction?
La traduction est un processus permettant la synthèse d'une chaîne polypeptidique à partir d'un brin d'ARN messager (ARNm). Elle assure l'expression des gènes portés par l'ADN et constitue la deuxième grande étape de ce processus après la transcription (qui consiste en la conversion de l'ADN en ARNm).
La traduction nécessite un grand nombre d'acteurs dont les plus importants sont : l'ARNm (messager), le ribosome, l'ARNt (de transfert) et les acides aminés.
La traduction a lieu au niveau des et fait intervenir le code génétique qui associe à chaque triplet de ribonucléotides ou un acide aminé. Elle se divise en 3 phases :
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L'initiation : les codons de l'ARNm, sont reconnus par la région anticodon de l'ARNt. Le démarrage se fait au niveau d'un triplet ATG.
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L'élongation : L'élongation est le processus au cours duquel les acides aminés correspondants aux codons et portés par l'ARNt s'associent un à un pour former une chaîne polypeptidique.
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La terminaison : L'élongation s'effectue jusqu'à l'un des codons stop, les triplets UAA, UAG ou UGA, qui est lié à une protéine appelée facteur de terminaison de l'élongation. La chaîne protéique alors complète est libérée et les deux sous-unités du ribosome se dissocient libérant ainsi l'ARNm.
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La protéine ainsi créée va assurer les nouvelles fonctions de la cellule différenciée et témoigner de son type cellulaire.
Les molécules de signalisation utilisées au cours de la différenciation cellulaire sont en nombre limité. Elles sont très conservées au cours de l’évolution et vont être utilisées à de multiples reprises, dans différents contextes cellulaires. Elles sont associées à des inhibiteurs afin de réguler la signalisation. Elles agissent à proximité ou à distance. Le comportement cellulaire réagit en fonction de la concentration de la molécule.
La réponse de la cellule à ces molécules de la signalisation va dépendre :
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De la « mémoire cellulaire » au moment du stimulus.
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Des autres signaux reçus par la cellule.
La réponse cellulaire à ces signaux est une transcription de gènes spécifiques.
On peut donc dire que la différenciation cellulaire correspond à une phase de transition d'un type de cellule à l'autre et implique un changement global du profil d'expression des cellules.
Voici un exemple d’intéraction signalisation/inhibiteur : la différenciation des bronches dans les poumons
II.Les molécules de la signalisation
Des molécules de signalisation qui provoquent la différenciation cellulaire peuvent être ajoutées au milieu de culture des cellules souches pour transformer les cellules souches en types de cellules spécialisées.
