CM6 Flashcards
Ajout de gènes :
On va les ajouter au sein du génome d’un organisme.
Transgénèse (principe) :
*Injection d’un gène dans une cellule sexuelle (ovocyte)
Organisme qui synthétisera la protéine (sera issu de ce gène)
On a généré un OGM (organisme qui a intégré dans son génome un gène qui n’y était pas à la base)
Exemple des souris géantes :
Prélèvement de gène humain (codant pour l’hormone de croissance), insertion dans un ovocyte chez une souris. On fait féconder cet ovocyte, et à la fin, on a un zygote. Puis après période de gestation, portée de souris. Chez certaines des souris, le gène va se manifester, on va parler de “souris géantes”.
Sélection dans la descendance des souris « géantes » qui possèdent le transgène
Transfection :
*Injection d’un gène dans une cellule somatique (2n)
La cellule synthétisera la protéine
Pour les Cellules procaryotes : on ne parle pas de transfection, on parle de transformation de bactéries.
Caractéristiques du gène manipulé (dans les deux cas, transgénèse et transfection) ;
Dans les deux cas, transgénèse et transfection : Le gène manipulé (transgène) est :
*prélevé dans des cellules Sur des populations de cellules et non sur une cellule isolée OU
*construit de manière synthétique
Le transgène est injecté dans la cellule :
-Méthode chimique (on va utiliser des réactions chimiques particulières qui permettent d’insérer ce gène)
OU
-Méthode physique (on injecte physiquement le gène dans la cellule, avec une minuscule seringue)
Sur des populations de cellules et non sur une cellule isolée.
Avec quoi se fait l’insertion d’un gène manipulé ?
L’insertion du gène manipulé se fait à l’aide de VECTEURS
Trois éléments compris dans le vecteur :
-transgène
-promoteur de ce gène (pour que ce gène puisse être transcrit, permet la transcription)
-gène de résistance (aux antibiotiques)
Comment va-t-on sélectionner seulement les cellules avec le gène intégré dans leur génome ?
Pour sélectionner les cellules qui ont le gène intégré dans leur génome, on va faire un traitement antibiotique pour ne garder que les cellules avec le vecteur.
Destruction des cellules non résistantes.
Invalidation de gènes :
La technique du Knock-Out : remplacement des deux allèles d’un gène par un autre allèle inactif.
-> Invalidation du gène étudié
On va les remplacer par des gènes inactifs (donc pas de transcription, puis pas de synthèse de protéines, et enfin pas de fonction sous-tendue par cette protéine).
Utilisation de l’invalidation de gènes :
En recherche (utilisations) :
1) Connaître la fonction de gènes dont la fonction biologique est inconnue.
2) Créer des modèles animaux reproduisant certaines pathologies humaines.
-> Souris Knock out (on en parle souvent dans des articles scientifiques).
Le clonage :
Intervention de plusieurs individus
Brebis A : Donneuse d’un noyau cellulaire (on va prélever un noyau, qui contient une grande partie de l’information génétique des individus)
(On prend un ovocyte et on retire le noyau)
Brebis B : Donneuse d’un ovule (on prend un ovocyte et on retire son noyau)
On met le noyau de la brebis A dans l’ovocyte de la brebis B
Brebis C : mère porteuse. On implante l’ovocyte dans cette brebis.
Après le temps de gestation, on obtient un clone de la Brebis A.
Etres vivants qui sont des clones= identiques ?
Même si des êtres vivants sont des clones, ils ne vont pas avoir les mêmes comportements, les mêmes dispositions aux pathologies…
-On a de l’ADN dans les mitochondries également
-Gestation n’est pas la même (éléments périnataux), expériences vécues différentes (éléments postnataux)
Donc génome nucléaire identique mais individualité pas identique.
Et l’être humain ? (clonage)
Le clonage peut être un Clonage thérapeutique (pour donner de la rétine, de la peau, des cheveux…). Ces cellules ont le même ADN nucléaire que les individus donneurs, donc il n’y aurait pas problèmes de rejet.
Cela peut être aussi un Clonage reproductif
Législation sur le clonage :
Les deux sont interdits en Europe.
France : législation sévère (article 16-8 du Code civil) qui proscrit tout clonage, à but eugénique, reproductif ou thérapeutique.
Les iPS :
Alternative au clonage thérapeutique :
Les cellules souches pluripotentes induites (iPS)
Shinya Yamanaka (Japon)
Prix Nobel de médecine 2012.
Cellules souches : ont la potentialité de devenir plein de cellules différentes.
Utilisation des iPS :
Correction de l’anomalie génétique (thérapie génique)
Recherche (utilisation de ces techniques) : mieux comprendre la maladie
Comment obtient-on des cellules souches embryonnaires ?
Obtention de cellules souches embryonnaires à partir de cellules adultes (reprogrammation) :
- Prélèvement de cellules (ex. peau)
- Ajout de 4 gènes dans les cellules par infection virale ou ajout d’ARNm.
- Après plusieurs jours, apparition de cellules pluripotentes
On appelle cela la Différenciation cellulaire.
Ensuite, on va pouvoir re greffer ces cellules chez le même individu. On utilise cela en thérapie cellulaire (le patient est lui-même donneur et receveur).
Génétique et comportement : Introduction
- Des phénotypes comportementaux ont déjà été décrits dans le cas de maladies chromosomiques ou génétiques.
- Des éleveurs ont aussi sélectionné les animaux sur des caractéristiques comportementales.
Les éleveurs créent des lignées pour correspondre à la demande (achat d’animaux de compagnie).
Il y a donc un lien entre génétique et comportement.
Comment s’expriment les gènes ?
Gènes :
→ S’expriment en Protéines, qui ont une fonction dans les cellules
-dont la synthèse (excès ou déficit) peut impacter le comportement au cours de l’existence
-qui influencent la maturation du système nerveux => Conséquences comportementales à long terme.
On se pose la question de savoir si ces choses sont codées par nos gènes :
-Aptitudes (musique, QI…)
-Traits de personnalité
-Psychopathologies
Ressemblances et différences entre enfants et parents en génétique :
-Ressemblances :Transmission des caractères (allèles) entre descendants
-Différences :Brassage de l’information paternelle et maternelle
modalités d’expression, des caractères
Polymorphisme
Comment évaluer l’impact de la génétique sur ces choses ?
(C’est plus compliqué que pour les phénotypes car pour ceux-ci, on pouvait directement observer des caractéristiques spécifiques).
Hérédité est multifactorielle la plupart du temps ; influences complexes de l’environnement
Génétique : science de l’hérédité et de la variation
Ressemblances et différences entre enfants et parents dans l’environnement :
-Ressemblances :Constances : comportement parental stable, influences culturelles communes, mode de vie…
-Différences :Diversité, expérience individuelle unique…
Qu’est ce que le polymorphisme ?
Polymorphisme : nombre de variations possibles de la séquence de l‘ADN (nombre d’allèles) d’un gène dans une population.
(Par exemple : gène codant pour la couleur des yeux : vert, marron, bleu…)
Des allèles ← mutations génétiques
Gène polymorphe : si au moins 2 allèles à une fréquence ≥ 1% de la population.
Quel est l’objectif avec les gènes et l’environnement ?
Tout comme pour des phénotypes physiques, l’objectif est de déterminer l’influence respective des gènes et l’environnement (de l’inné et de l’acquis).
Études statistiques sur des populations à gros effectifs, permettant une modulation de la proximité génétique et de la proximité environnementale.
Que va-t-on distinguer à partir d’un individu de référence ?
A partir de l’individu de référence, on va distinguer les individus avec :
- Environnement proche Génome différent
- Environnement différent Génome différent
- Environnement différent Génome proche
Les stratégies d’approche familiales (reposent sur le principe vu précédemment) :
Comparaison d’un phénotype comportemental de différents membres d’une famille : parents/enfants/grands-parents….
(Ex : si un parent est anxieux, quelle est la probabilité que l’enfant soit anxieux).
La proximité génétique décroît avec le degré de parenté.
Mais elle reste plus grande que dans la population générale, au sein d’une même famille.
Prévalence de la dépression majeure dans la population générale se situe entre 3 et 4% de chances.
Prévalence de dépression au sein d’une même famille (lorsqu’un parent au 1er degré est dépressif lui-même) : 9%.
Prévalence de dépression augmente avec la proximité génétique.
Études de jumeaux :
Partage du même utérus au cours d’une même gestation
Jumeaux monozygotes ont le même patrimoine génétique que celui de l’ovocyte et celui du spermatozoïde. Même patrimoines nucléaires. Proximité génétique très grande.
Jumeaux dizygotes (faux jumeaux) : pas le même ADN. Issus de deux fécondations différentes. Deux spermatozoïdes différents vont féconder deux ovocytes différents. ADN nucléaire pas le même. Proximité génétique plus faible (c’est la même que pour des frères et sœurs pas jumeaux).
Les deux types de jumeaux partagent la même gestation.
Exemple de la dépression pour les jumeaux :
Ex : dépression majeure
Lorsqu’un vrai jumeau atteint de dépression : prévalence que l’autre jumeau soit atteint : 11%
Pour les vrais jumeaux : prévalence de 40%
Études d’adoption :
On va comparer :
-Proximité génétique ± grande
-Environnement (familial) ± similaire
Ex. Schizophrénie
Risque de schizophrénie
Si parents ou fratrie biologiques schizophrènes : 5%
Si parents ou fratrie adoptifs schizophrènes : 0%
L’héritabilité :
Statistique estimant le degré d’influence probable des facteurs génétiques pour un phénotype donné, dans une population donnée.
- définie à un moment donné → part respective des gènes /l’environnement, de l’inné / l’acquis.
- ne concerne jamais un individu, mais toujours un ensemble d’individus.
Héritabilité pour les pathologies :
ex. Dépression majeure
L’héritabilité est estimée à 35-55% selon les études → les gènes expliquent pour ≈ 50% la différence entre les personnes qui développeront une dépression ou pas.
Si on compare une pop dépressive par rapport à une pop générale, la différence va s’expliquer à 50% par le génome.
Ex. Schizophrénie
Héritabilité : 64 à 81 %
héritabilité pour les processus cognitifs :
Ex. Capacité à percevoir les visages
Héritabilité : 6 à 41%
Ex. Talent musical
Héritabilité : 6 à 41%
Etudes génomiques :
Études génomiques → identification de gènes de susceptibilité
Phénotype comportemental : étudier leur génome (gènes d’intérêts : a-t-on des allèles surreprésentés par rapport à la population générale)
Mutations ciblées induites chez l’animal → Effet sur le comportement étudié
Etude d’association :
Ex. Dépression majeure
Piste de la sérotonine (5HT) ? (Neurotransmetteur)
Quelles protéines en rapport avec la sérotonine (vont être ciblées par les anti dépresseurs) ? Transporteurs, récepteurs, protéines de signalisation, enzymes de dégradation de la sérotonine…
Études de « linkage » montrent l’implication des chromosomes : 1q, 4p, 5q, 10p, 12q, 13q, 17q, 18pq, 20q, 21q, 22q, Xq (pas mal de chromosomes ont des gènes dont on va plus retrouver certains polymorphismes dans la dépression que dans la population générale)
Études d’association : Gène du transporteur à la sérotonine 5-HTTPLR [17q] → dépression - anxiété
5-HTTLPR a un promoteur avec une forme longue ou courte.
Forme courte → activation plus intense de l’amygdale, impliquée dans les émotions et la reconnaissance du danger. Cette structure est très active chez les personnes atteintes de troubles anxio-dépressifs.
Promoteur long ou court :
Expression de l’information génétique
Implication de la sérotonine dans les troubles affectifs
Polymorphisme LL associé à la dépression.
Si le promoteur est sous sa forme longue, le promoteur peut interagir
Si le promoteur est sous sa forme courte, le promoteur ne pourra pas interagir
Ex : Schizophrène et le gène RELN :
Gène RELN est un des gènes “facteurs de risque” dans la schizophrénie.
RELN encode une protéine signal de la matrice extracellulaire, nécessaire à la migration des neurones, a l’arborisation des et axones et à la gens des synapses.
Autisme, maladie d’Alzheimer…=pathologies neurodéveloppementales
Maladies mentales héréditaires :
Il n’existe pas de maladies mentales héréditaires, mais une certaine vulnérabilité génétique vis à vis de celles-ci.
Les troubles psychiatriques incluent la présence d’au moins 4 éléments clés :
- vulnérabilité génétique d’expression d’une maladie
- éléments de vie stressants (décès de proches, divorces, problèmes financiers…)
- influences environnementales (virus, toxines)
- Les capacités et les stratégies d’adaptations (capacité à faire face)
Plusieurs gènes influent :
Plusieurs gènes influents → polygénisme
Leur action peut se faire :
- par additivité (+) des effets de chaque gène
- par interactions entre ces gènes
De quoi dépend l’expression phénotypique d’un génotype ?
L’expression phénotypique (P) d’un génotype (G) dépend des conditions environnementales (E) dans lesquelles s’est développé un individu.
P = G + E + IGxE
Étude épigénétique :
→ désigne l’étude des influences de l’environnement cellulaire ou physiologique sur l’expression des gènes.
→ étude de l’impact de l’environnement et de l’histoire individuelle sur l’expression des gènes
Modifications épigénétiques :
facteurs qui modifient
l’expression des gènes de
manière héritable au cours des divisions
cellulaires (en mitose,
voire en méiose), sans
impliquer de
modifications des
séquences de nucléotides
Exemple d’association de conditions environnementales et de facteurs épigénétiques :
Ex. Association entre des conditions environnementales défavorables, tel un stress précoce, et des modifications épigénétiques de l’expression de gènes
Séparation maternelle → changements de méthylation de l’ADN et inactivation de l’expression de différents gènes chez le rat
-Tabagisme pendant la grossesse
➢ Dépression durant la grossesse
➢ Violence
→ Méthylation de gènes :
➢ BDNF [11p] ➢ Récepteur aux glucocorticoïdes
➢ Transporteur de la sérotonine
➢ …
Que peuvent faire les facteurs environnementaux ?
Facteurs environnementaux vont modifier l’expression de certains gènes prédisposants.
Qu’ont les vers ronds et les vers plats ?
Les vers ronds et plats ont une organisation plus complexe du système nerveux.
L’être humain est segmenté :
L’être humain est segmenté
Les Annélides (environ –530 Ma : début de l’ère primaire = Cambrien
Ex : néréis, lombric, sangsue
On constate que ces vers sont segmentés.
Différenciation des trois tissus embryonnaires :
-endoderme
-mésoderme
-ectoderme
Le mésoderme se creuse -> Coelomates
Quelles innovations ? (avec les annélides)
Quelles innovations ?
-> exploration environnementale plus développée
1) Squelette hydrostatique
2) Segmentation du corps : métamérisation
3) Complexification du système nerveux : hyponeuriens
Squelette hydrostatique :
Les contractions musculaires exercent une pression sur un fluide incompressible.
Cela permet le déplacement (voir illustration).
On a un squelette, mais pas de structure rigide, pas d’os.
segmentation du corps : métamérisation
Différents segments, différents anneaux sont apparus sur ces organismes.
Métamère sont la base de la formation de ces êtres vivants. On a toute une série de métamères identiques les uns aux autres qui vont se répéter.
On retrouve une polarité : on a une partie avant-arrière, un axe bilatéral…
Complexification du système nerveux -> hyponeuriens
-ganglions nerveux en réseau dans tous les segments (=métamères)
-ganglions plus développés dans la région céphalique
-développement d’organes sensoriels -> vision, odorat, proprioception…
En résumé : le développement de annélides= grand bond évolutif car apparition de nombreuses innovations évolutives :
-le “squelette”, même s’il est très particulier -> hydrostatique
-le système nerveux, les récepteurs sensoriels spécialisés et la spécialisation céphalique
-les cellules qui secrètent des neuromédiateurs (ex : acétylcholine), des hormones. Ces molécules vont atteindre une cible qui peut se trouver à distance du lieu de sécrétion (voir humorale)
-l’appareil circulatoire (plusieurs coeurs) et l’appareil respiratoire ( à travers la peau)
-l’appareil excréteur (plusieurs paires de “reins” ou néphridies)
-le système musculaire
-le système reproducteur (hermaphrodite)
L’être humain est un organisme avec des articulations
Protostomiens
On s’est intéressé (ou on va s’intéresser) a certains groupes spécifiques :
-Plathelminthes
-Mollusques
-Annélides
-Arthropodes
-némathelminthes
Subdivision des arthropodes :
Les arthropodes :
Subdivision en 2 groupes :
-Sans antennes (avec chélicères)
-avec antennes (avec mandibules)
Qui domine le monde animal ?
Les arthropodes : 1 100 000.Ils sont majoritaires. Ils dominent le monde animal.
Une grande diversité d’arthropodes (=euarthropodes)
Arthropodes sans antennes :
Sans antennes (ex) :
-Limules
-Arachnides (araignées, scorpions, acariens)
Arthropodes avec antennes :
Avec antennes (ex) :
-trilobites (fossiles)
-crustacés (écrevisse, langoustine…)
-insectes (2/3 des espèces animales)
Quelles innovations ? (avec les arthropodes)
-> Diversification des comportements…
1) Corps subdivisé en 3 parties
=regroupement de métamères
Tête, thorax, abdomen.
-> spécialisation des parties du corps
Tête= antennes pour perception
Thorax=locomotion (pattes)
2) Appendices articulés
Ex : pattes, palpes, mandibules, antennes
-chez les insectes (6 pattes)
-chez les arachnides (8 pattes)
-chez les crustacés (10 pattes ou plus)
-chez les myriapodes (nombreuses pattes)
Quelles innovations ? (avec les arthropodes) 2
3) Exosquelette chitineux
Squelette à l’extérieur du corps qui rigidifie le corps. Il est chitineux grâce à la chitine.
Protection contre les prédateurs et contre la déshydratation -> vie terrestre possible.
-> mues ! La carapace se renouvelle au fur et à mesure de la croissance.
Les espèces précédentes étaient très dépendantes des milieux aquatiques/humides.
4) Système nerveux -> hyponeuriens
Ce sont des hyponeuriens.
Ganglions sur face ventral relies entre eux et relies aux ganglions cérébroïdes.
5)Développement d’organes sensoriels
-ocelles (pour percevoir la lumière)
-œil composé (formé d’ommatidies)
-olfaction
-toucher
-audition /phonation
Quelles innovations ? (avec les arthropodes) 3
6)Développement de comportements complexes
Phénomène social dans deux ordres d’insectes dit “sociaux” :
-hyménoptères (abeilles, fourmis, bourdons, guêpes)
-isoptères (termites)
-> construction d’un édifice commun (termitière, guêpier, ruche, fourmilière)
-> division du travail à l’intérieur de la société
Polymorphisme social poussé
Défense du territoire, nourriture des jeunes
-> développement d’intercommunication entre les individus
Echanges de stimulations diverses, de nourriture (trophallaxie), de signaux (“langage des abeilles”)
L’abeille qui revient d’un champ trouvé va indiquer quelle direction prendre et distance parcourir (“danse en huit”)
L’être humain a un système nerveux localisé sur la partie dorsale :
Des hyponeuriens…aux épineuriens
Les Chordés (environ –500)
Les deutérostomiens :
La chorde (ou notochorde) correspond à une structure cartilagineuse retrouvée au moins à l’état embryonnaire chez les animaux de l’embranchement des chordés.
-Pikaia : fossile de chordé le plus ancien
Si elle disparait au cours du développement chez certaines espèces, son rôle de soutien entre la tête et les membre inferieurs est remplacé par la colonne vertébrales chez les vertébrés.
Quelques caractéristiques des chordés :
-Bilatériens : symétrie bilatérale
-Métamérie : segmentation
-Notochorde : définit l’axe longitudinal primordial de l’embryon
Rôle dans la différenciation de la plaque neurale
-Fente pharyngiennes : formation, généralement latérale, qui met en communication la cavité pharyngienne avec l’extérieur, et qui est utilisée soit pour l’alimentation, soit pour la respiration
-Système nerveux tubulaire dorsal
-Queue post-anale : appendice caudal
L’être humain a un système nerveux dorsal, des vertèbres et un crâne : c’est un vertébré
+ processus de céphalisation
Formation d’un squelette céphalique -> CRANE
Et de vertèbres -> COLONNE VERTEBRALE
+ présence d’appendices articulés
Impairs : en nombre variable (ex : nageoires)
Pairs : deux paires maximums
+ tégument
Vrai organe (peau)
Présence de nombreuses glandes (sudoripares, mammaires…)
Présence d’une couche de cellules mortes (couche cornée)
L’être humain a un système nerveux dorsal, des vertèbres et un crane : c’est un vertébré (2)
+ squelette interne = endosquelette
-> cartilagineux
-> osseux
+ Reproduction
Reproduction exclusivement sexuée -> sexes séparés
Fécondation interne ou externe -> appareil copulateur chez certains groupes
Développement généralement direct (pas de stades larvaires, sauf exception)
L’être humain a des mâchoires et un squelette osseux :
+origine de la mâchoire ?
Animaux sans mâchoires =agnathes
(Ex : lamproie…)
-> puis modification des arcs branchiaux au cours de l’evolution
mâchoires :
->apparition des mâchoires
(Gnathostomes)
+gnathostomes (vertébrés avec mâchoires)
50 873 espèces
-> “poissons”
-> tétrapodes
Gnathostomes avec un squelette cartilagineux :
Ou Chondrichtyens
+ le requin
-odorat développé
-bouche ventrale
-fentes branchiales visibles
-mauvaise vue
-détection des champs électromagnétiques
Respiration branchiale “passive” (passage de l’eau dans les branchies, prélèvement du dioxygène dans l’eau). Le requin est continuellement obligé de bouger pour que l’eau passe dans ses branchies et qu’il puisse respirer.
Gnathostomes avec un squelette osseux :
=”poissons osseux”
(Ou ostéichthyens)
-395 Ma ; eau douce
+ex : ostéichtyens à nageoires rayonnées= actinoptérygiens
Environ 25000 espèces
Majorité : les téléostéens
+développement du système nerveux
-> plus de comportements complexes
Agressivité, territorialité, tromperie, hiérarchie…
Reproduction
Sexes séparés mais changement de sexe possible selon les conditions environnementales (cas d’hermaphrodisme successif)
Fécondation externe
l’être humain a des poumons :
ll vit dans un milieu aérien
Passage de la vie aquatique à la vie terrestre au cours de l’évolution <-> apparition du poumon
Conquête du milieu terrestre au dévonien (-400 a -350 Ma)
Climat aride et chaud -> évaporation de l’eau des mares et autres…
Ostéichtyens à nageoires musclées = sarcoptérygiens
Exemples de sarcoptérygiens :
Ex 1 : Coelacanthes
Peu d’évolution morphologique depuis 350 Ma
Existence d’un poumon ancestral
Nageoires articulées
Ex 2 : dipneustes
Eaux douces tropicales Australie, Afrique et Amérique du Sud
Branchies + 1 ou 2 poumons fonctionnels
Nageoires articulées
Nageoires articulées -> à l’origine des membres des tétrapodes ?
Problèmes à régler en milieu aérien :
Pesanteur, locomotion, déshydratation, respiration, audition et phonation, reproduction, régulation thermique.
