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Des pansements pour rgnrer les articulations

 

 

 

 

 

 

 

Des pansements pour régénérer les articulations

14 MAI 2019 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE) | TECHNOLOGIE POUR LA SANTE
 
Cartilage articulaire © Inserm/Chappard, Daniel

Des chercheurs de l’Inserm et de l’Université de Strasbourg au sein de l’Unité 1260  » Nanomédecine régénérative » ont mis au point un implant qui, appliqué comme un pansement, permet de régénérer les cartilages en cas de lésions importantes des articulations ou d’arthrose débutante. Les détails de cette innovation validée en phase préclinique sont publiés ce jour dans Nature communication.

L’allongement de l’espérance de vie et l’augmentation des traumatismes accidentels nécessitent une augmentation des interventions chirurgicales visant à remplacer une articulation défectueuse. Parmi les pathologies chroniques, l’arthrose, décrite comme une destruction du cartilage touchant toutes les structures de l’articulation, dont l’os et le tissu synovial, qui tapisse l’intérieur des articulations représente un réel problème de santé publique. Selon le diagnostic médical, plusieurs options thérapeutiques sont possibles allant de la microgreffe à la pose d’une prothèse. Néanmoins, ces interventions sont toutes invasives et/ou douloureuses pour le patient, avec une efficacité limitée et des effets secondaires.

Aujourd’hui, en dehors de la pose de prothèses, on se contente en réalité de réparer provisoirement le cartilage des articulations et d’alléger les douleurs.  Les traitements consistent surtout à injecter des anti-inflammatoires ainsi que de l’acide hyaluronique pour améliorer la viscosité de l’articulation. Des cellules souches peuvent être aussi utilisées, notamment parce qu’elles sécrètent des molécules capables de contrôler l’inflammation.

Dans ce contexte et afin de régénérer ce tissu conjonctif, souple et souvent élastique qui recouvre nos articulations et permet aux os de bouger et de glisser l’un par rapport à l’autre, une équipe de recherche associant l’Inserm et l’université de Strasbourg vient de mettre au point un pansement pour le cartilage – inspiré des pansements de nouvelle génération qui forment comme une seconde peau sur les plaies cutanées. Avec les pansements développés par la chercheuse et son équipe, la réponse thérapeutique passe un nouveau cap. On n’est plus seulement dans la réparation, on parle réellement de régénération du cartilage articulaire.

L’équipe de chercheurs de l’Inserm et de l’Université de Strasbourg 1260 sous la direction de Madame Benkirane-Jessel a en effet mis au point une technique innovante d’implant ostéoarticulaire, capable de reconstituer une articulation endommagée et dont l’application peut être comparée à celle des pansements. « L’implant que nous avons développé se destine à deux cas en particulier, d’une part les grandes lésions du cartilage et d’autre part les arthroses débutantes. » explique la chercheuse.

Dans le détail, ces pansements articulaires  sont composés de deux couches successives. La première, qui fait office de support (pansements classiques), est une membrane composée de nanofibres de polymères et dotée de petites vésicules contenant des facteurs de croissance en quantités similaires à celles que nos cellules sécrètent elles même. La seconde est une couche d’hydrogel chargée d’acide hyaluronique et de cellules souches provenant de la moelle osseuse du patient lui-même, ce sont ces cellules qui, en se différenciant en chondrocytes (cellules qui forment le cartilage) vont régénérer le cartilage de l’articulation.

Les scientifiques entrevoient un avenir prometteur pour leur « pansement à cartilage » : en plus de l’articulation du genou et de l’épaule, celui-ci pourrait aussi être utilisé pour l’articulation temporo-mandibulaire, liée à la mâchoire. Assez handicapante, celle-ci peut conduire à des douleurs, des bruits articulaires mais surtout à une baisse de l’amplitude de l’ouverture de la bouche. L’équipe de chercheurs a d’ores et déjà mené des essais concernant des lésions cartilagineuses chez le petit animal, la souris et le rat, ainsi que chez le grand animal, la brebis et la chèvre, des modèles très adaptés à l’étude comparée des cartilages avec l’homme. L’objectif est de lancer un essai chez l’homme avec une petite cohorte de 15 patients.

Ce projet a été soutenu par la Satt conectus, L’ANR et la grande région Est.

 

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Le mcanisme qui fait changer de couleur les cyanobactries

 

 

 

 

 

 

 

Le mécanisme qui fait changer de couleur les cyanobactéries


Si elles utilisent la lumière comme source d’énergie au
cours de la photosynthèse, les cyanobactéries doivent aussi s’en protéger lorsque celle-ci devient trop intense. Dans le cadre d’une collaboration internationale, des chercheurs de l’Inra, du CEA et du CNRS révèlent un mécanisme unique de photoprotection basé sur le déplacement et le changement de couleur d’un pigment. Publiés dans la revue Science le 26 juin 2015, ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives pour la biologie de synthèse et pour la production de biomolécules d’intérêt industriel grâce à l’utilisation optimisée des cyanobactéries.

PUBLIÉ LE 26 JUIN 2015
*        
Comme les plantes et les algues, les cyanobactéries (voir encadré), utilisent la lumière comme source d’énergie. Cependant, un excès de lumière peut être mortel pour ces organismes photosynthétiques du fait de la production de dérivés réactifs de l’oxygène tels que les radicaux libres. Pour se protéger d’un tel phénomène, les cyanobactéries convertissent une partie de l’énergie qu’elles collectent sous forme de chaleur. Cette photoprotection met en jeu un mécanisme moléculaire découvert récemment et dont l’élément clé est une protéine soluble photoactive : l’Orange Carotenoid Protein (OCP).
En savoir plus sur les cyanobactéries
Apparues il y a environ 2,5 - 3 milliards d'années, les cyanobactéries sont à l’origine de la présence d’oxygène dans l’atmosphère : c’est par photosynthèse qu’elles ont produit ce gaz si nécessaire à l’expansion des formes de vie actuelles sur Terre. Elles jouent également un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes grâce à leur aptitude à fixer le carbone et l’azote atmosphériques.Présentes dans les eaux douces ou salées, à la surface des sols, dans les zones froides ou chaudes, ces bactéries sont aussi des organismes pionniers des milieux désertiques et autres environnements extrêmes. Connues pour proliférer de façon parfois importante, les cyanobactéries peuvent alors être à l’origine de nombreux problèmes parmi lesquels la production de toxines potentiellement dangereuses pour l’homme et l’animal.
Celle-ci contient un caroténoïde qui est un pigment (c’est-à-dire une molécule capable
d’absorber la lumière). En combinant des techniques sophistiquées de chimie des protéines et de génétique, une équipe internationale impliquant l’Inra, le CEA et le CNRS a élucidé la structure tridimensionnelle de la forme active de la protéine OCP. Pour la première fois, les chercheurs révèlent comment, en absorbant la lumière, le caroténoïde effectue un changement de position et de
conformation important. En effet, le pigment se déplace de douze angströms (soit douze fois un dixième de milliardième de mètre) à l’intérieur de la protéine OCP et il passe d’une forme orange inactive à une forme rouge active. C’est ce mouvement qui entraîne un changement de conformation de la protéine OCP et permet de protéger les cellules des stress oxydatifs.Ces travaux permettent d’affiner les connaissances des mécanismes de transfert d’énergie et de photoprotection chez les cyanobactéries. Ils ouvrent la voie à une utilisation optimisée de ces organismes pour la production de biomasse ou de composés biosourcés d’intérêt industriel. Ils permettent également d’envisager le développement de nouveaux systèmes de production d'énergie utilisant la lumière solaire. De plus, l’utilisation de l’OCP est prometteuse en optogénétique (contrôle par la lumière d’enzymes et activités cellulaires ciblées) avec des applications dans la biologie de synthèse et les études in situ.


Représentation tridimensionnelle de la protéine OCP (Orange Carotenoid Protein), dans sa forme inactive (gris) et sa forme active (bleu ciel) avec en son centre le caroténoïde (orange ou rouge). En se déplaçant de douze  angströms à l’intérieur de l’OCP, le caroténoïde (d’abord sous forme orange) arbore une forme plus plane et crée de nouvelles interactions avec les acides aminés de la protéine OCP (forme rouge du pigment). Les domaines C et N terminaux de la protéine OCP, jusque-là réunis par le caroténoïde, se séparent, faisant alors évoluer la protéine OCP vers une conformation ouverte. Les scientifiques ont montré que la protéine OCP s’attache ensuite par un de ses côtés au phycobilisome (c’est-à-dire l’antenne cyanobactérienne) et induit la dissipation thermique de l’excès d’énergie absorbée. © Diana Kirilovsky

Références
* A 12 Å carotenoid translocation in a photoswitch associated with cyanobacterial photoprotection. Ryan L. Leverenz, Markus Sutter, Adjélé Wilson, Sayan Gupta, Adrien Thurotte, Céline Bourcier de Carbon, Christopher J. Petzold, Corie Ralston, François Perreau, Diana Kirilovsky et Cheryl A. Kerfeld – Science, 26 juin 2015

 

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CELLULE

 

 

 

 

 

 

 

cellule
(latin cellula, diminutif de cella, chambre)

Consulter aussi dans le dictionnaire : cellule
Cet article fait partie du dossier consacré à la vie.


BIOLOGIE

1. LA CELLULE, UNITÉ DE BASE DES ÊTRES VIVANTS

Unité structurale et fonctionnelle de tous les êtres vivants (animaux, plantes, champignons et micro-organismes), la cellule est une entité biologique d'une très grande complexité, en dépit de ses dimensions microscopiques. Si les animaux et les végétaux sont formés de l'assemblage d'un très grand nombre de cellules (ce sont des organismes multicellulaires ou pluricellulaires), la plupart des bactéries et de nombreux autres micro-organismes (les protistes, tels les amibes ou les paramécies) sont formés d’une cellule unique (organismes unicellulaires). La cellule est donc le plus petit élément capable d'une vie autonome.
Elle représente un espace clos , séparé du milieu environnant par une membrane périphérique, la membrane plasmique. Une enveloppe protectrice de structure variable, la paroi cellulaire, entoure la membrane plasmique.

La discipline de la biologie qui a pour objet l’étude des la cellules vivante est la cytologie, ou biologie cellulaire.

1.1. CELLULE PROCARYOTE VERSUS CELLULE EUCARYOTE

En dépit de leurs nombreuses différences d'aspect et de fonction, les cellules possèdent toutes une membrane plasmique qui définit la frontière entre le milieu interne et le milieu externe de la cellule. Le milieu interne est une substance riche en eau, appelée cytoplasme. La membrane plasmique Toutes les cellules contiennent par ailleurs des informations héréditaires (gènes) portées par des filaments d’ADN. L’ADN contrôle les activités de la cellule et lui permettent de se reproduire en transmettant ses caractéristiques à ses descendantes, issues des divisions cellulaires ; il est le support de l’hérédité.
L'organisation interne de la cellule est de deux grands types :

- les cellules procaryotes (bactéries et archées) ne possèdent pas de membranes internes ou d'organites

- les cellules eucaryotes (tous les autres organismes à l’exception des virus, qui n’ont pas de structure cellulaire du tout) renferment des organites assurant chacun des fonctions différentes, notamment un noyau cellulaire (eucaryote signifie « vrai noyau ») qui renferme le matériel génétique (l'ADN).

LA CELLULE PROCARYOTE

Les cellules procaryotes, qui comprennent les bactéries et les archées, présentent l'organisation la plus simple. Leur matériel génétique est constitué par une molécule unique d'ADN double brin, de forme circulaire, qui « flotte » dans le cytoplasme. Elle est souvent appelée « chromosome bactérien », bien qu’il ne s’agisse pas d’un chromosome au sens strict du terme. En outre, les bactéries et les archées possèdent (en-dehors du « chromosome ») de petites molécules d'ADN circulaires, appelées plasmides. Les fonctions cellulaires sont assurées par des éléments (ribosomes, enzymes, etc.) libres dans le cytoplasme.
Certaines bactéries sont mobiles grâce à de longs filaments, les flagelles, qui s'insèrent dans leur paroi externe et se déploient dans l'environnement.

LA CELLULE EUCARYOTE

La cellule de tous les organismes non bactériens, unicellulaires comme pluricellulaires, du plus simple au plus complexe, est de type eucaryote. Elle possède un noyau qui renferme le matériel génétique et l’isole au sein de la cellule. Par ailleurs, elle se caractérise par un système de membranes internes de même structure que la membrane plasmique, formant des cloisons délimitant des éléments internes, clos et distincts, les organites. Ces derniers assurent les différentes fonctions biologiques de la cellule : les mitochondries, par exemple, sont responsables de la respiration cellulaire, les chloroplastes (chez les végétaux verts) de la photosynthèse, etc.

1.2. ORGANISATION DE LA CELLULE
LA MEMBRANE PLASMIQUE

La membrane plasmique, ou membrane cellulaire, est constituée de molécules de lipides (40 % du poids sec, phospholipides principalement, ainsi que du cholestérol et des glycolipides) organisées en bicouche, de protéines (50 %) et de glucides (10 %).

Outre son rôle protecteur, cette enveloppe d'une grande plasticité (ce qui permet à de nombreuses cellules de se déformer) est le siège des mécanismes de reconnaissance des éléments venant à son contact et d'échanges avec le milieu extérieur. Dans la cellule eucaryote, elle se prolonge par un important réseau de membranes internes, qui délimite les organites ainsi que les vacuoles (vésicules remplies de liquide).
Les protéines insérées dans la bicouche lipide sont responsables des fonctions de la membrane. Certaines la traversent de part en part (et ont ainsi une extrémité du côté interne et l’autre du côté externe), on les appelle protéines transmembranaires. D’autres s’insèrent dans l’une des deux couches lipidiques (interne ou externe) de la membrane.

Toutes les protéines affleurant du côté externe forment les protéines de surface de la cellule. Les glucides (oligosaccharides ou polysaccharides) sont associés soit aux protéines (formant des complexes appelés glycoprotéines), soit aux lipides (glycolipides). Ils forment une couche de feutrage appelée glycocalyx (ou cell-coat, « manteau cellulaire »), qui intervient dans l’adhérence entre les cellules, ainsi que dans les phénomènes de reconnaissance et de communication cellulaires.
Chez les végétaux et les champignons, la membrane plasmique est doublée à l’extérieur par une paroi rigide, non déformable, à base de cellulose chez les plantes et de chitine chez les champignons. Les cellules sont reliées entre elles par des ponts cytoplasmiques (appelés plasmodesmes) qui traversent les parois cellulaires et autorisent le passage de diverses molécules (hormones végétales par exemple).
LE CYTOPLASME
Le cytoplasme est le seul compartiment de la cellule procaryote. Il y contient, en « suspension », à la fois le matériel génétique sous forme d’ADN, des ribosomes libres (impliqués dans la synthèse des protéines), et toutes les molécules responsables des différentes fonctions de la cellule (respiration, photosynthèse, dégradations, etc.).

Dans la cellule eucaryote, le cytoplasme est généralement le compartiment le plus vaste. Il renferme de nombreux organites spécialisés chacun dans une fonction.
Au sein du cytoplasme, les organites baignent dans une gelée aqueuse, le cytosol, renfermant de nombreuses protéines (notamment des enzymes) et des ribosomes libres (impliqués dans la fabrication des protéines par la cellule).
LE CYTOSQUELETTE
Le cytosquelette est un réseau tridimensionnel qui donne sa forme à la cellule, assure sa motilité et sert de support au déplacement des organites et des vésicules. Il constitue ainsi à la fois la charpente de la cellule et le moteur de ses mouvements. Ses filaments protéiques, tous reliés entre eux, appartiennent à trois grands types de structures :
– les microfilaments (diamètre : 7 à 9 nanomètres [nm]) ;
– les microtubules (diamètre : 30 nm) ;
– les filaments intermédiaires (diamètre : 8 à 14 nm).
La contraction des microfilaments est à l'origine de tous les mouvements au sein du cytoplasme, ainsi que des déformations de la cellule.
LES ORGANITES
N’existant que dans la cellule eucaryote, ils forment un ensemble d'éléments distincts, entourés d'une membrane. Les principaux organites de la cellule eucaryote sont le noyau (qui renferme l'ADN), les mitochondries (qui assurent la respiration et la production d'énergie), les plastes (présents uniquement chez les végétaux, notamment les chloroplastes, qui réalisent la photosynthèse), le réticulum endoplasmique (responsable de la fabrication des matériaux cellulaires, notamment des protéines) et l'appareil de Golgi (qui assure la maturation des protéines).
Le noyau

En dehors des phases de division (mitose et méiose), la cellule eucaryote possède un noyau bien individualisé, entouré par une double membrane, l'enveloppe nucléaire. Cette enveloppe est percée de pores et sa face externe est en continuité avec le réticulum endoplasmique.

Le noyau renferme la chromatine, « pelote » d'ADN associée à des protéines (les histones), et porte une ou plusieurs « taches », les nucléoles. Lors des divisions cellulaires, la chromatine se condense pour former les chromosomes, tandis que l'enveloppe nucléaire se déstructure.
Les nucléoles sont des zones fibreuses où est synthétisé l'ARN qui entre dans la composition des ribosomes (ARNr), par transcription des portions d’ADN correspondantes : il est ensuite assemblé avec des protéines pour former les ribosomes, qui passent dans le cytoplasme.
Les mitochondries
Ces organites limités par une double membrane produisent l'énergie nécessaire à la vie de la cellule (respiration cellulaire) – c’est pourquoi l’on dit souvent que ce sont les usines énergétiques de la cellule. Mesurant de 2 à 10 micromètres de long, les mitochondries sont plus abondantes là où la demande énergétique est plus forte (cellules musculaires, par exemple). Leur membrane interne s'invagine pour former des crêtes, qui les traversent souvent entièrement dans le sens de la largeur. Elles renferment un matériel génétique qui leur est propre (ADN mitochondrial).
Le réticulum endoplasmique

Présent chez toutes les cellules eucaryotes, le réticulum endoplasmique assure des fonctions de synthèse et de transport des protéines et des lipides.
Le réticulum endoplasmique rugueux (REG) est parsemé de ribosomes : il récolte les protéines synthétisées par les ribosomes qui lui sont attachés et les transmet ensuite à l’appareil de Golgi.


Le réticulum endoplasmique lisse (REL) ne porte aucun ribosome ; il intervient entre autres dans la fabrication des lipides (par exemple les phospholipides membranaires), le stockage du calcium, la détoxification des cellules (par inactivation des molécules biologiquement actives).
L'appareil de Golgi

Localisé près du noyau, l'appareil de Golgi se présente sous la forme d'un ou de plusieurs empilements de saccules, entourés de nombreuses petites vésicules. C'est à son niveau que se font le tri et la maturation de la majorité des protéines issues du réticulum endoplasmique rugueux.

CARACTÉRISTIQUES PARTICULIÈRES DE LA CELLULE VÉGÉTALE

La cellule végétale (ainsi que celle de nombreux protistes) partage avec la cellule animale l'essentiel de ses caractéristiques, mais présente trois structures originales : une paroi rigide, des plastes (principalement des chloroplastes) et une ou plusieurs vacuoles.
La paroi cellulaire

La paroi cellulaire est située à l'extérieur de la membrane plasmique. Composée chez les plantes et les algues de cellulose et d'une protéine, la pectine (sauf chez certaines algues et chez les champignons), elle joue un rôle protecteur et donne sa rigidité à la cellule végétale. Les cellules des champignons ont également une paroi cellulaire, constitué majoritairement de chitine (proche de la chitine composant la carapace des arthropodes).
Les chloroplastes

Présents uniquement chez les végétaux verts, les algues et les unicellulaires photosynthétiques (protophytes), les chloroplastes convertissent l'énergie solaire pour fabriquer de la matière organique (sous forme de glucides) à partir de gaz carbonique et d'eau. C’est le phénomène de photosynthèse. Ainsi, grâce aux chloroplastes, les végétaux fabriquent leurs propres constituants ; on dit qu’ils sont autotrophes (→ nutrition).
Les vacuoles
Les vacuoles, qui se forment par la fusion de vésicules provenant de l'appareil de Golgi, jouent un rôle important dans les échanges d'eau entre la cellule et le milieu extérieur et contribuent à son soutien (phénomène de turgescence). En outre, les vacuoles représentent le lieu préférentiel d'accumulation de substances de réserve ou d'excrétion.

1.3. LA BIOLOGIE DE LA CELLULE
Outre les réactions énergétiques assurées par les mitochondries (respiration cellulaire) et par les chloroplastes des végétaux (photosynthèse), la cellule effectue des échanges avec l'extérieur ; ces échanges, en partie déterminés par les concentrations des substances situées de part et d'autre de la membrane (→ osmose), sont contrôlés par des protéines enchâssées dans celle-ci. Par ailleurs, la cellule est capable d'édifier ses propres constituants (phénomène de biosynthèse) et de se reproduire (mitose et méiose).
LES ÉCHANGES CELLULAIRES
L'eau et quelques molécules de petite taille traversent la membrane par simple diffusion (dont le sens est déterminé par leurs concentrations de part et d'autre de la membrane). Dans le cas de l'eau, il s'agit du phénomène d'osmose.
Toutefois, des protéines membranaires assurent un transport spécifique, qui augmente considérablement la vitesse de transit de la plupart des substances. Le transport passif, ou diffusion facilitée, tend toujours à équilibrer les concentrations, alors que le transport actif, qui consomme de l'énergie (sous la forme d’ATP, adénosine triphosphate), se fait dans le sens opposé à celui que déterminent les différences de concentrations.

Quant aux grosses molécules et aux particules de grande taille (débris divers, bactéries, voire autres cellules eucaryotes), elles peuvent être « ingérées » par la cellule, selon différents types d'endocytose. Ceux-ci impliquent une invagination de la membrane plasmique et la formation de petite vésicules (dites vésicules d’endocytose).
À l'inverse, la cellule libère des grosses molécules dans le milieu extérieur par exocytose (les vésicules d’exocytose migrent jusqu’à la membrane plasmique et fusionnent avec elle pour libérer leur contenu à l’extérieur de la cellule).

LA COMMUNICATION CELLULAIRE

Dans les organismes pluricellulaires, les cellules, réunies en tissus spécialisés, doivent communiquer entre elles ; cette communication se fait par le biais de molécules messagers comme les hormones et les neuromédiateurs, qui se fixent sur des récepteurs membranaires et induisent une réponse intracellulaire (le plus souvent une cascade de réactions biochimiques).

Chez les animaux, les messagers sont transportés par le sang ou diffusent simplement dans le milieu extracellulaire. Chez les plantes, les cellules sont reliées entre elles par des ponts cytoplasmiques (appelés plasmodesmes) qui traversent la paroi cellulosique et autorisent le passage de diverses molécules, dont les hormones végétales.

LES BIOSYNTHÈSES

La cellule élabore des molécules complexes, lipides et protéines, à partir de molécules simples. Les lipides sont pratiquement tous synthétisés au niveau du réticulum endoplasmique lisse, alors que la synthèse des protéines s'effectue au niveau des ribosomes libres dans le cytoplasme ou fixés au réticulum endoplasmique rugueux. La structure de chaque protéine est codée par l'ADN du noyau. Cette biosynthèse, qui fait intervenir de nombreux composés (ARN, protéines diverses), s'achève dans l'appareil de Golgi.

LES DIVISIONS CELLULAIRES

Le principal mode de multiplication cellulaire est la mitose. Celle-ci engendre des cellules filles identiques à la cellule mère.

Chez les organismes unicellulaires, elle est le mécanisme de la reproduction asexuée ; elle conduit à une population de cellules ayant toutes la même origine et les mêmes caractéristiques génétiques, et qui forme donc un clone.

Cependant, la reproduction sexuée des êtres vivants fait intervenir un autre mode de reproduction cellulaire, qui ne concerne que la lignée des cellules sexuelles (ou gamètes) : la méiose. Les gamètes issus de la méiose comprennent la moitié du nombre initial de chromosomes. Le stock de chromosomes propre à l'espèce concernée se reconstitue lors de la fusion de deux gamètes de sexe opposé, c'est-à-dire lors de la fécondation.

2. LES CELLULES SOUCHES
Les cellules souches sont des cellules indifférenciées capables d’engendrer différents types de cellules spécialisées. Elles sont à l’origine de tous les tissus de l’organisme, depuis le stade embryonnaire jusqu’à l’adulte.

On distingue les cellules souches embryonnaires, dont les potentialités diminuent au fur et à mesure du développement de l'embryon (d'abord totipotentes, c'est-à-dire susceptibles d'engendrer tous les types de cellules de l'organisme, elles se spécialisent progressivement), et les cellules souches de l’organisme adulte, dites multipotentes, qui ne sont capables de produire que quelques types cellulaires (par exemple les cellules hématopoïétiques de la moelle rouge des os qui sont à l'origine des différentes lignées de cellules sanguines).



PLAN
*        
    *         BIOLOGIE
        *         1. La cellule, unité de base des êtres vivants
            *         1.1. Cellule procaryote versus cellule eucaryote
                *         La cellule procaryote
                *         La cellule eucaryote
            *         1.2. Organisation de la cellule
                *         La membrane plasmique
                *         Le cytoplasme
                *         Le cytosquelette
                *         Les organites
                *         Caractéristiques particulières de la cellule végétale
            *         1.3. La biologie de la cellule
                *         Les échanges cellulaires
                *         La communication cellulaire
                *         Les biosynthèses
                *         Les divisions cellulaires
        *         2. Les cellules souches

Chronologie
*         1665 Première mention de la notion de cellule par R. Hooke.
*         1831 Découverte du noyau cellulaire par le Britannique R. Brown.
*         1839 L'Allemand T. Schwann montre que la cellule est le constituant fondamental des tissus animaux, rejoignant ainsi les conclusions de son compatriote M. J. Schleiden pour ce qui concerne les végétaux (élaboration de la théorie cellulaire).
*         1858 L'Allemand R. Virchow fonde la pathologie cellulaire.
*         1873 Le Suisse H. Fol fournit les premières descriptions exactes des phases de la division cellulaire (ou mitose).
*         1882 L'Allemand W. Flemming décrit et nomme la mitose (mode général de division de la cellule), et signale la similitude de ce phénomène chez les animaux et les plantes.
*         1883 Le Belge E. Van Beneden montre, en étudiant l'œuf fécondé de l'ascaris, que le spermatozoïde et l'ovule fournissent chacun la moitié des chromosomes et que ceux-ci sont ensuite maintenus en nombre constant dans toutes les divisions cellulaires de l'embryon.
*         1883 Le Russe É. Metchnikoff découvre le phénomène de la phagocytose (processus par lequel certaines cellules et certains protozoaires capturent et ingèrent des particules ou des micro-organismes).
*         1897 Le Britannique Ch. S. Sherrington propose de désigner sous le nom de synapse le point de jonction de deux cellules nerveuses.
*         1981 Des chercheurs britanniques parviennent à décoder le patrimoine génétique complet gouvernant l'ensemble des réactions biochimiques d'un organite de cellule humaine, la mitochondrie.
*         1986 Le Britannique S. Willedson annonce qu'il a réussi le clonage d'une brebis, c'est-à-dire la production de jumeaux par transfert du noyau entre cellule et œuf fécondé.
*         2007 Deux équipes de chercheurs, l’une au Japon dirigée par Shinya Yamanaka (université de Tokyo), l’autre aux États-Unis dirigée par James Thomson (université du Wisconsin), parviennent pour la première fois à transformer des cellules adultes humaines (de la peau) en cellules souches pluripotentes ayant des capacités identiques à celles des cellules souches embryonnaires (décembre).

 

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CHROMATINE

 

 

 

 

 

 

 

Chromatine

La chromatine est la structure au sein de laquelle l'ADN se trouve empaqueté et compacté dans le volume limité du noyau des cellules eucaryotes. La chromatine est constituée d'une association d'ADN, d'ARN et de protéines de deux types : histones et non-histones. C'est le constituant principal des chromosomes eucaryotes.
En microscopie, on distingue deux types de chromatine correspondant à des niveaux différents de compaction :
- L'euchromatine correspond à une chromatine moins condensée dans laquelle les gènes, plus accessibles, voient leur expression facilitée.
- L'hétérochromatine correspond à une chromatine plus dense avec un ADN moins facilement accessible.
Outre l'information génétique codée exclusivement sur l'ADN, la chromatine transmet également de l'information épigénétique, portée à la fois par l'ADN dont certaines bases peuvent être modifiées par méthylation, et par les histones qui sont sujettes à de nombreuses formes de modifications réversibles (méthylation, acétylation, phosphorylation, ubiquitinylation...). La combinatoire des modifications épigénétiques affectant les histones constitue un deuxième code, dit "code histones", qui contribue de façon majeure à la régulation des fonctions nucléaires. À la différence de l'information génétique, identique dans toutes les cellules d'un organisme donné, l'information épigénétique varie en fonction du type cellulaire, du niveau de différenciation des cellules et de leur avancée dans le cycle cellulaire. Comme l'information génétique portée par l'ADN, l'information épigénétique est transmissible lors de la réplication du génome et au cours des divisions cellulaires.

Historique[modifier | modifier le code]
La chromatine a été découverte vers 1880 par Walther Flemming, qui lui attribua ce nom en raison de son affinité pour les colorants1. Les histones sont découvertes peu après, en 1884 par Albrecht Kossel. Peu de progrès sont ensuite réalisés sur la structure de la chromatine jusque dans les années 1970 et les premières observations de fibres chromatiniennes en microscopie électronique, révélant l’existence du nucléosome, l’unité de base de la chromatine, dont la structure détaillée sera finalement résolue par cristallographie aux rayons X en 19972.

Fibre chromatinienne[modifier | modifier le code]


Structure du nucléosome. L'octamère d'histones est au centre, et le segment d'ADN est enroulé autour. Les extrémités N-terminales des histones dépassent à l'extérieur et sont accessibles à la surface. Image produite à partir du fichier PDB 1KX5.
L'élément de base de la chromatine est le nucléosome. Les nucléosomes sont constitués d'un segment de 146 paires de bases d'ADN enroulé autour d'un disque protéique octamère, un assemblage de 8 molécules d'histones H2A, H2B, H3 et H4. Les nucléosomes s'enchaînent sur l'ADN pour constituer une structure en collier de perles (structure rarissime dans la cellule, les nucléosomes sont en fait empilés les uns sur les autres). Avec l'addition d'histones H1, le filament nucléosomique, appelé aussi la fibre de 10 nm est à son tour compacté sous forme de fibres de 30 nm de diamètren 1,3, constituant l'unité de base de la chromatine. Cette fibre elle-même peut être plus ou moins condensée (sur-enroulée). Au niveau ultrastructurel, en microscopie électronique, on distingue l'euchromatine, peu dense, qui contient les gènes actifs et l'hétérochromatine, dense.
En début de mitose, la chromatine se condense sous forme de chromosomes.

Types de chromatine[modifier | modifier le code]
Articles détaillés : Euchromatine et Hétérochromatine.
Deux types de chromatine peuvent être distingués :
* l'euchromatine, qui consiste en ADN actif, de structure globalement décondensée permettant l'expression génique ;
* l'hétérochromatine, régions d'ADN condensé qui consiste en ADN principalement inactif. Il semble servir à des fins structurelles durant les phases chromosomiques. L'hétérochromatine peut à son tour se subdiviser en deux types :
    * l'hétérochromatine constitutive, qui n'est globalement pas exprimée. Elle est située autour des centromères et des télomères et consiste en général en des séquences répétitives ;
    * l'hétérochromatine facultative, qui contient généralement des gènes éteints. Le transcriptome de la cellule est régulé par cette structure, ainsi les cellules en stade final de différenciation (qui doivent donc exprimer un nombre de gènes restreint, assurant juste leur métabolisme et leur fonction) présentent de nombreuses régions de cette hétérochromatine facultative. L'exemple le plus fréquemment donné est l'inactivation d'un des deux chromosomes X chez les mammifères.


Influence de la structure chromatinienne sur l'expression génique[modifier | modifier le code]
Le contrôle de la structure chromatinienne est aussi un mode de contrôle de l'expression génique. En effet, l'ADN pour être exprimé doit être décompacté, un complexe de remodelage intervient donc pour désorganiser les histones afin de permettre la fixation de facteurs trans sur l'ADN et son expression.
Aussi les histones, comme l'ADN, sont soumises à des modifications chimiques régulant l'expression génique. Ces modifications ne concernent que la partie N-Terminale des histones H2A, H2B, H3 et H4, alors qu'elles concernent aussi bien l'extrémité C-Terminale que N-Terminale chez l'histone H1. Une méthylation des résidus lysine aura généralement un effet inhibiteur, réprimant l'expression du génome; alors que son acétylation couplé à une méthylation des arginines aura plutôt un effet activateur réduisant les charges positives de celle-ci et participant ainsi à sa désorganisation. On remarque en effet qu'à certains complexes de répression sont associées des activités désacétylases.

Notes et références
1. ↑ Son existence est remise en cause (Fussner, Ching et Bazett-Jones 2011)
2.
Références
1. ↑ Donald E. Olins et Ada L. Olins, « Chromatin history: our view from the bridge », Nature Reviews. Molecular Cell Biology, vol. 4, no 10,‎ octobre 2003, p. 809–814 (ISSN 1471-0072, PMID 14570061, DOI 10.1038/nrm1225, lire en ligne [archive], consulté le 23 juillet 2019)
2. ↑ Luger, Mäder, Richmond et Sargent, 1997.
3. ↑ Németh et Längst, 2004

Bibliographie
* (en) Karolin Luger, Armin W. Mäder, Robin K. Richmond, David R. Sargent et Timothy J. Richmond, « Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution », Nature, vol. 389, no 6648,‎ septembre 1997, p. 251–260 (PMID 9305837, DOI 10.1038/38444)
* (en) Attila Németh et Gernot Längst, « Chromatin higher order structure: opening up chromatin for transcription », Brief. Funct. Genomic Proteomic, vol. 2, no 4,‎ 2004, p. 334-343 (PMID 15292447)
* (en) Donald E. Olins et Ada L. Olins, « Chromatin history: our view from the bridge », Nat. Rev. Mol. Cell Biol., vol. 4, no 10,‎ 2003, p. 809–814 (PMID 14570061, DOI 10.1038/nrm1225)
* (en) Igor Ya Belyaev, Yevgeny D Alipov et Mats Harms-Ringdahl, « Effects of zero magnetic field on the conformation of chromatin in human cells », Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects, vol. 1336, no 3,‎ octobre 1997, p. 465–473 (DOI 10.1016/S0304-4165(97)00059-7, lire en ligne [archive], consulté le 21 octobre 2020)
* (en) Eden Fussner, Reagan W. Ching et David P. Bazett-Jones, « Living without 30nm chromatin fibers. », Trends Biochem Sci., vol. 36, no 1,‎ janvier 2011, p. 1-6 (PMID 20926298, DOI 10.1016/j.tibs.2010.09.002)

 

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