{"id":723,"date":"2014-01-17T12:33:53","date_gmt":"2014-01-17T11:33:53","guid":{"rendered":"http:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/?page_id=723"},"modified":"2026-07-07T11:33:25","modified_gmt":"2026-07-07T09:33:25","slug":"chapitre-3","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/chapitre-3\/","title":{"rendered":"Chapitre 3"},"content":{"rendered":"\n

<\/code><\/a>Noyau<\/b><\/span><\/h2>\n

Anthonie van Leeuwenhoek a-t-il d\u00e9couvert le noyau des cellules ? Dans une lettre envoy\u00e9e en 1702 \u00e0 la Royal Society<\/i> de Londres, il mentionna la pr\u00e9sence d\u2019un point lumineux au centre des globules rouges de poissons : \u00ab \u2026a clear sort of light in the middle:<\/i> \u00bb. Vingt ans plus t\u00f4t, il avait d\u00e9j\u00e0 observ\u00e9 la pr\u00e9sence de globules dans les cellules sanguines de morue et de saumon mais, comme le fait remarquer Henry Harris dans \u00ab The Birth of the Cell<\/i> \u00bb : \u00ab Leeuwenhoek saw globules everywhere.<\/i> \u00bb Quoiqu\u2019il en soit, la d\u00e9couverte du noyau des cellules v\u00e9g\u00e9tales est attribu\u00e9e au botaniste Robert Brown qui, au retour d\u2019une mission d\u2019exploration des c\u00f4tes d\u2019Australie, fut nomm\u00e9 Curator<\/i> (conservateur) des collections botaniques du British Museum<\/i> \u00e0 Londres. Il publia un travail monumental sur la flore australienne et poursuivit des recherches sur les v\u00e9g\u00e9taux. En 1831, utilisant un microscope fabriqu\u00e9 \u00e0 Londres par Banks & Sons<\/i> et Dollon<\/i>, il d\u00e9couvrit un organite sph\u00e9rique au centre des cellules v\u00e9g\u00e9tales. Le noyau des cellules animales fut observ\u00e9 quelques ann\u00e9es plus tard, en 1835, par Rudolf F.J.H. Wagner, professeur de zoologie et d\u2019anatomie compar\u00e9e \u00e0 l\u2019universit\u00e9 d\u2019Erlangen.<\/p>\n

Le noyau est le plus volumineux des organites subcellulaires ; d\u2019un diam\u00e8tre de 5 microm\u00e8tres en moyenne, il est souvent sph\u00e9rique (neurones), ovo\u00efde (fibroblastes), ou plurilob\u00e9 (leucocytes polynucl\u00e9aires neutrophiles). Il dispara\u00eet au d\u00e9but de la division cellulaire et se reforme \u00e0 la fin. Il y a g\u00e9n\u00e9ralement un noyau par cellule, deux dans certains h\u00e9patocytes ; il y en a plusieurs (syncitium) dans les rhabdomyocytes, les cellules contractiles des fibres musculaires stri\u00e9es r\u00e9sultant de la fusion du cytoplasme de plusieurs cellules. Le contenu du noyau \u2013 le nucl\u00e9oplasme \u2013 est un gel aqueux renfermant, outre le mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique, des nucl\u00e9otides triphosphates et une vari\u00e9t\u00e9 de prot\u00e9ines ; il est s\u00e9par\u00e9 du cytoplasme par une enveloppe form\u00e9e d\u2019une membrane externe et d\u2019une membrane interne s\u00e9par\u00e9es l\u2019une de l\u2019autre par un espace p\u00e9rinucl\u00e9aire de 20 \u00e0 40 nm, en continuit\u00e9 avec la lumi\u00e8re du r\u00e9ticulum endoplasmique ; cet espace renferme des ions Ca2+<\/sup> lib\u00e9rables dans le noyau par des canaux calciques membranaires. Les membranes externe et interne sont form\u00e9es d\u2019une bicouche phospholipidique et d\u2019une vari\u00e9t\u00e9 de prot\u00e9ines membranaires (environ 80 prot\u00e9ines pour la membrane interne). La membrane externe porte des ribosomes. Membranes externe et interne sont perc\u00e9es de pores nucl\u00e9aires, qui sont des structures de transit r\u00e9gul\u00e9 entre cytoplasme et nucl\u00e9oplasme. La face de la membrane interne en contact avec le nucl\u00e9oplasme est tapiss\u00e9e d\u2019un r\u00e9seau fibrillaire dense d\u2019une \u00e9paisseur de 10 \u00e0 20 nm, form\u00e9 de prot\u00e9ines filamentaires cod\u00e9es par les g\u00e8nes LMNA (lamines A, C, Ad10<\/sub> et C2<\/sub>), LMNB 1 (lamine B1<\/sub>) et LMNB 2 (lamines B2<\/sub> et B3<\/sub>). La teneur en ces diverses isoformes de lamines varie en fonction des phases du cycle cellulaire. Les lamines sont des constituants des filaments interm\u00e9diaires, pr\u00e9sentes dans tous les types cellulaires. Elles remplissent un triple r\u00f4le : (i) partie int\u00e9grante du squelette, elles sont responsables de la forme du noyau et interviennent dans la distribution des pores nucl\u00e9aires et les mouvements du noyau (caryocin\u00e8se) ; (ii) le r\u00e9seau des lamines nucl\u00e9aires est connect\u00e9 au cytosquelette par l\u2019interm\u00e9diaire d\u2019un composant du complexe LINC (LInker of Nucleoskeleton and Cytoskeleton<\/i>), le produit du g\u00e8ne Sad1-UNC-84 domain containing 1<\/i> (SUN1) ; (ii) elles servent de sites d\u2019ancrage \u00e0 l\u2019h\u00e9t\u00e9rochromatine et aux t\u00e9lom\u00e8res, soit directement, soit indirectement par l\u2019interm\u00e9diaires de prot\u00e9ines : \u00e9merine, BAF (Barrier to Autointegration Factor<\/i>) ou LBR (Lamin B Receptor<\/i>) ; (iii) elles jouent un r\u00f4le dans la r\u00e9gulation de la transcription.<\/p>\n

L\u2019observation au microscope photonique permit de faire un premier inventaire du noyau. Au XIXe<\/sup> si\u00e8cle, apparurent les d\u00e9riv\u00e9s de synth\u00e8se de l\u2019aniline. Ces compos\u00e9s basophiles se fixent sur les acides nucl\u00e9iques et colorent fortement la chromatine ; ils furent utilis\u00e9s pour mettre au point de nouvelles techniques de coloration. Les chromosomes forment l\u2019essentiel de la masse du nucl\u00e9oplasme mais ils ne sont pas visibles dans la cellule en interphase (entre deux divisions cellulaires). En 1928, Emil Heitz distingua au sein du nucl\u00e9oplasme des zones peu color\u00e9es, finement r\u00e9ticul\u00e9es, qu\u2019il appela \u00ab euchromatine \u00bb (c\u2019est la partie active du g\u00e9nome, celle dont les g\u00e8nes sont transcrits en ARN) et des amas fonc\u00e9s aux contours irr\u00e9guliers situ\u00e9s \u00e0 la p\u00e9riph\u00e9rie et qu\u2019il nomma \u00ab h\u00e9t\u00e9rochromatine \u00bb (c\u2019est la portion du g\u00e9nome au repos plus des segments sp\u00e9cialis\u00e9s des chromosomes appel\u00e9es t\u00e9lom\u00e8res et centrom\u00e8res). L\u2019emploi de techniques d\u2019hybridation in situ<\/i> coupl\u00e9es \u00e0 la microscopie \u00e0 fluorescence permit de montrer que le nucl\u00e9oplasme est une structure dynamique et organis\u00e9e dans laquelle les chromosomes individuels ne sont pas r\u00e9partis de mani\u00e8re al\u00e9atoire mais occupent des territoires distincts, s\u00e9par\u00e9s par un r\u00e9seau canaliculaire (domaine inter-chromosomique) dans lequel circulent les facteurs de r\u00e9gulation. Les chromosomes de petite taille ou riches en g\u00e8nes sont pr\u00e9f\u00e9rentiellement localis\u00e9s dans la partie centrale du nucl\u00e9oplasme ; ceux de grande taille ou pauvres en g\u00e8nes, \u00e0 la p\u00e9riph\u00e9rie, ancr\u00e9s \u00e0 la lamina<\/i> par la prot\u00e9ine II (Lamin associated protein II<\/i>) et le r\u00e9cepteur de la lamine B.<\/p>\n\n\n\n\n
\"Cellule<\/td>\n<\/tr>\n
Cellule de tumeur ascitique observ\u00e9e au microscope \u00e0 contraste de phase.<\/b> Le noyau est entour\u00e9 par le cytoplasme, contenant diverses inclusions. La cellule est bord\u00e9e par la membrane plasmique. La microscopie \u00e0 contraste de phase permet l\u2019examen de tissus non fix\u00e9s et non color\u00e9s.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Chez les mammif\u00e8res et les oiseaux, le nucl\u00e9oplasme renferme une vari\u00e9t\u00e9 de structures dynamiques appel\u00e9s corps nucl\u00e9aires, dont le nombre peut varier en fonction des conditions de stress auxquelles sont soumises les cellules. On en a identifi\u00e9 une dizaine. Dans ce chapitre, je ne d\u00e9crirai que les mieux connues. D\u00e9pourvus de membrane, les corps nucl\u00e9aires maintiennent leur int\u00e9grit\u00e9 en renouvelant leurs constituants par une biog\u00e9n\u00e8se tr\u00e8s active et des \u00e9changes de mat\u00e9riel avec le nucl\u00e9oplasme environnant. La r\u00e9cup\u00e9ration de fluorescence apr\u00e8s photo-blanchiment (Fluorescence Recovery after Photobleaching<\/i>, qui mesure la vitesse de diffusion de mol\u00e9cules fluorescentes) a permis de mettre en \u00e9vidence les processus dynamiques d\u2019auto-association prot\u00e9ines-prot\u00e9ines et prot\u00e9ines-ARN au sein des corps nucl\u00e9aires, par exemple en r\u00e9ponse \u00e0 des stimulations externes (infection virale) ou internes \u00e0 la cellule.<\/p>\n

L\u2019inclusion la plus volumineuse est le nucl\u00e9ole, une masse h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne aux contours irr\u00e9guliers (voir plus loin). Les corps de Cajal (1 \u00e0 3 exemplaires par noyau) furent d\u00e9crits en 1903 par l\u2019histologiste Santiago Ramon y Cajal (prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine en 1906). Ils prennent la forme de petites masses arrondies de 200 \u00e0 600 nanom\u00e8tres de diam\u00e8tre. Ils sont pr\u00e9sents dans le noyau des neurones \u2013 o\u00f9 Cajal les a d\u00e9couverts ; ils le sont moins ou sont absents dans le noyau d\u2019autres types cellulaires. Les corps de Cajal renferment des fils enroul\u00e9s, visibles \u00e0 l\u2019examen au microscope \u00e9lectronique, d\u2019o\u00f9 l\u2019appellation de \u00ab coiled bodies \u00bb. Ils sont form\u00e9s de prot\u00e9ines, dont la co\u00efline-p80, et d\u2019ARN et sont impliqu\u00e9s dans l\u2019assemblage et la maturation de petites ribonucl\u00e9oprot\u00e9ines nucl\u00e9aires (Small Nuclear Ribonucleoproteins<\/i>) et nucl\u00e9olaires (Small Nucleolar Ribonucleoproteins<\/i>). Les Corps de Cajal jouent aussi un r\u00f4le dans l\u2019assemblage de la t\u00e9lom\u00e9rase et dans l\u2019hom\u00e9ostasie de la longueur des t\u00e9lom\u00e8res (voir plus loin).<\/p>\n\n\n\n\n
\"Noyau<\/td>\n<\/tr>\n
Noyau d\u2019une cellule en interphase, observ\u00e9 au microscope \u00e9lectronique.<\/b><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Les speckles (Nuclear speckles<\/i>, 20 \u00e0 50 exemplaires par noyau) apparaissent au microscope \u00e0 fluorescence sous forme de petites masses brillantes (speckles<\/i> signifie \u00ab mouchetures \u00bb) de forme irr\u00e9guli\u00e8re. L\u2019examen au microscope \u00e9lectronique r\u00e9v\u00e8le la pr\u00e9sence de granules de 20 \u00e0 25 nm associ\u00e9s en grappes de 80 \u00e0 180 nm. Leur localisation dans le domaine inter-chromosomique du nucl\u00e9oplasme leur a valu l\u2019appellation d\u2019Interchromatin granule cluster<\/i>. Ce domaine, riche en fibrilles p\u00e9ri-chromatiniennes de 3 \u00e0 5 nm de diam\u00e8tre, est une r\u00e9gion de transcription active. Les Speckles sont des sites de stockage des facteurs d\u2019\u00e9pissage des pr\u00e9-ARNm : SRSF1 (Serine\/Arginine Rich Splicing Factor 1,<\/i>) et ASF1\/SF2. Les paraspeckles ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9couverts en 2002 par Archa H. Fox (Western Australia Institue for Medical Reaserch<\/i>). Dans les cellules HeLa, l\u2019examen au microscope \u00e9lectronique ou par fluorescence r\u00e9v\u00e8le la pr\u00e9sence de 13 \u00e0 17 structures de forme irr\u00e9guli\u00e8re (0.5 \u00e0 1 mm de diam\u00e8tre) par noyau. Les paraspeckles sont pr\u00e9sents dans les cellules de mammif\u00e8res et dans les lign\u00e9es cellulaires transform\u00e9es, principalement dans l’espace inter-chromatinien, \u00e0 proximit\u00e9 des speckles. Ces complexes ARN\/prot\u00e9ines se forment autour d\u2019un ARN long non-codant (Nuclear Enriched Abundant Transcript 1, NEAT1<\/i>) servant de centre de nucl\u00e9ation, et de prot\u00e9ines contenant des s\u00e9quences de liaison \u00e0 l\u2019ARN, comme la Drosophila Behaviour\/Human Splicing, DBHS<\/i>. Au cours du cycle cellulaire, les paraspeckles sont visibles pendant l’interphase et la mitose, sauf pendant la t\u00e9lophase (l’ARN polym\u00e9rase II est inactive pendant la t\u00e9lophase). La pr\u00e9sence de paraspeckles est li\u00e9e \u00e0 l\u2019activit\u00e9 de cet enzyme. Les paraspeckles sont des structures dynamiques contr\u00f4lant l\u2019expression des g\u00e8nes en s\u00e9questrant certains ARN dans l’espace inter-chromatinien. Le m\u00e9canisme de r\u00e9tention d\u2019ARN hyper-\u00e9dit\u00e9s a \u00e9t\u00e9 particuli\u00e8rement \u00e9tudi\u00e9 par le groupe de David L. Spector (Cold Spring Habour Laboratory<\/i>). Pour rappel, apr\u00e8s transcription les pr\u00e9-ARN subissent une phase dite d\u2019\u00e9dition au cours de laquelle une ad\u00e9nosine est convertie en inosine par d\u00e9samination hydrolytique. Andr\u00e9 P. Gerber et Walter Keller (Department of Cell Biology, Biozentrum, Universit\u00e4t Basel<\/i>) furent des pionniers dans la d\u00e9couverte du processus d\u2019\u00e9dition en d\u00e9couvrant en 2001, l\u2019ad\u00e9nosine d\u00e9saminase sp\u00e9cifique de l\u2019ARNt. Les paraspeckles s\u00e9questrent les mol\u00e9cules d\u2019ARN qui ne sont pas imm\u00e9diatement n\u00e9cessaires dans le cytoplasme pour la synth\u00e8se prot\u00e9ique mais qui doivent \u00eatre rapidement mobilisables en cas de stress.<\/p>\n

Les corps nucl\u00e9aires PML<\/i> (10 \u00e0 30 exemplaires par noyau) tirent leur nom de la prot\u00e9ine suppresseur de tumeur ProMyelocytic Leukemia protein<\/i>, identifi\u00e9e en 1996 par Fabrizzio Grignani et ses associ\u00e9s (Universit\u00e0 degli Studi di Milano<\/i>) chez des patients atteints de leuc\u00e9mie promy\u00e9locytaire aig\u00fce. La prot\u00e9ine PML joue le r\u00f4le de facteur de nucl\u00e9ation sur lequel s\u2019agr\u00e8gent d\u2019autres prot\u00e9ines pour former les structures sph\u00e9riques des corps nucl\u00e9aires PML<\/i>. Ceux-ci jouerait un r\u00f4le dans le contr\u00f4le de la transcription et de l\u2019hom\u00e9ostasie cellulaire. Le nombre de corps nucl\u00e9aires PML<\/i> augmente chez les cellules soumises \u00e0 un stress oxydatif.<\/p>\n

\n

 <\/a>Nucl\u00e9ole, une usine \u00e0 ribonucl\u00e9oprot\u00e9ines<\/b><\/span><\/h3>\n

En 1781, le naturaliste Felice G.F. Fontana (universit\u00e9 de Pise) rapporta la pr\u00e9sence d\u2019une structure arrondie \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur du noyau de cellules de mucus de peau d\u2019anguille. Utilisant de nouvelles techniques de coloration, Rudolph F.J.H. Wagner (Friedrich-Alexander Universit\u00e4t, Erlangen<\/i>) confirma en 1835 la pr\u00e9sence de cet organite, qui fut nomm\u00e9 \u00ab nucl\u00e9ole \u00bb en 1836, par Gabriel G. Valentin (Universit\u00e9 de Berne) puis, en 1840, par William Bowman, l\u2019histologiste qui d\u00e9couvrit dans le rein les capsules qui portent son nom. Le r\u00e9actif de Feulgen (\u00e0 base de fuschine), qui colore la chromatine nucl\u00e9aire, ne colore pas le nucl\u00e9ole. Cet organite, aussi appel\u00e9 \u00ab tache germinative \u00bb, est visible au microscope \u00e0 contraste de phase sur des cellules en culture non fix\u00e9es, ce qui a permis \u00e0 G\u00e9rard-Edouard Balbiani, professeur d\u2019embryologie au Coll\u00e8ge de France, d\u2019observer son caract\u00e8re dynamique et les mouvements qui se d\u00e9roulent en son sein. A la mitose, le nucl\u00e9ole dispara\u00eet en m\u00eame temps que le noyau.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Balbiani EG Sur l\u2019origine des cellules du follicule et du noyau vitellin de l\u2019\u0153uf chez les G\u00e9ophiles (1864)<\/span><\/p>\n\n

Il n\u2019y a pas de nucl\u00e9ole ou de structure \u00e9quivalente chez les procaryotes. Le mat\u00e9riel de choix pour l\u2019\u00e9tude de la structure et de la physiologie de cet organite est l\u2019ovocyte, une cellule de l\u2019ovaire qui se diff\u00e9rencie en ovule. Les ovocytes d\u2019araign\u00e9es, utilis\u00e9s par Balbiani comme mat\u00e9riel exp\u00e9rimental, ont des nucl\u00e9oles bien d\u00e9velopp\u00e9s. L\u2019emploi de techniques histochimiques fournit peu de r\u00e9sultats utiles sur leur composition biochimique. En 1936, Torbj\u00f6rn O. Caspersson (Kemiska Institutionen, Karolinska Institutet, Stockholm<\/i>) effectua sa th\u00e8se de doctorat sur la r\u00e9partition des acides nucl\u00e9iques dans le noyau. Il nota deux faits : (i) l\u2019examen par microspectrophotom\u00e9trie dans l\u2019ultraviolet d\u00e9tecte un pic d\u2019absorption caract\u00e9ristique des acides nucl\u00e9iques dans le nucl\u00e9ole de noyaux isol\u00e9s ; (ii) le nucl\u00e9ole ne r\u00e9agissant que faiblement \u00e0 la r\u00e9action de Feulgen, le pic d\u2019absorption devait donc \u00eatre celui d\u2019ARN. Caspersson \u00e9mit la supposition que le nucl\u00e9ole est le lieu de synth\u00e8se des ribonucl\u00e9oprot\u00e9ines (exact) et des prot\u00e9ines cytoplasmiques (faux). En 1937, Jack Schultz, un \u00e9l\u00e8ve de Thomas Hunt Morgan, rejoignit le laboratoire de Caspersson. Ensemble, ils pr\u00e9cis\u00e8rent la r\u00e9partition des deux types d\u2019acides nucl\u00e9iques dans le noyau : l\u2019ADN dans les chromosomes et l\u2019ARN dans le nucl\u00e9ole. Ils confirm\u00e8rent que le cytoplasme renferme aussi de l\u2019ARN et qu\u2019il doit exister une relation m\u00e9tabolique entre ADN et ARN : la basophilie du cytoplasme augmente nettement dans les cellules qui se divisent activement.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Caspersson TO, Schultz J Ribonucleic acids in both nucleus and cytoplasm, and the function of the nucleolus<\/i> (1940).<\/span><\/p>\n\n

L\u2019importance du nucl\u00e9ole a \u00e9t\u00e9 mise en lumi\u00e8re au cours des ann\u00e9es 1960. Donald D. Brown (Department of Embryology, Carnegie Institution of Washington, Baltimore<\/i>) et John B. Gurdon (Department of Zoology, Oxford<\/i>, prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine en 2012) ont montr\u00e9 que les \u0153ufs d\u2019un mutant de la grenouille sud-africaine Xenopus laevis<\/i>, d\u00e9pourvus de nucl\u00e9ole, ne sont pas viables ; la synth\u00e8se d\u2019ARN ribosomal est abolie. Max L. Birnstiel et Hugh Wallace (Medical Research Council Epigenetics Research Group, Edinburgh<\/i>), par une s\u00e9rie de centrifugations isopycniques, parvinrent \u00e0 isoler les g\u00e8nes codant pour l\u2019ARNr de Xenopus laevis<\/i>. C\u2019\u00e9tait la premi\u00e8re fois qu\u2019un g\u00e8ne \u00e9tait isol\u00e9 ! La portion de la chromatine pr\u00e9sente dans le nucl\u00e9ole (5% de la masse du nucl\u00e9ole) est localis\u00e9e dans la zone fibrillaire, au centre de la structure. Utilisant la m\u00eame technique de centrifugation, Oscar L. Miller, \u00ab the magician of molecular biology<\/i> \u00bb, et sa technicienne, Barbara R. Beaty (Oak Ridge National Laboratory<\/i>) isol\u00e8rent des nucl\u00e9oles d\u2019oocytes de Xenopus laevis<\/i> ; ils leur appliqu\u00e8rent une technique d\u2019\u00e9talement de la chromatine qu\u2019ils avaient mise au point. Le r\u00e9sultat de l\u2019examen au microscope \u00e9lectronique en transmission \u00e9tait spectaculaire : on a pu \u00ab voir \u00bb, pour la premi\u00e8re fois, la transcription de la chromatine en action. Le mat\u00e9riel nucl\u00e9olaire d\u00e9compact\u00e9 appara\u00eet sous forme de longues fibres d\u2019ADNr (sensibles \u00e0 la DNase) – les \u00ab arbres de No\u00ebl \u00bb ; le tronc de l\u2019arbre est constitu\u00e9 par les espaceurs non transcrits ; les branches qui s\u2019y attachent sont des filaments d\u2019ARNr de longueur croissante au fur et \u00e0 mesure de leur transcription ; on voit \u00e9galement des\u00ab boules \u00bb de nature prot\u00e9ique ; les grains raccordant les branches au tronc sont les ARN polym\u00e9rases I.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Brown DD, Gurdon JB Absence of Ribosomal RNA Synthesis in the Anucleolate Mutant of Xenopus laevis<\/i> (1964)
\nBirnstiel ML, Wallace H, Sirlin JL, Fischberg M Localization of the ribosomal DNA complements in the nucleolar organizer region of Xenopus laevis<\/i> (1966)
\nWallace H, Birnstiel ML Ribosomal cistrons and the nucleolar organizer<\/i> (1966)
\nMiller O, Beatty B Visualization of nucleolar genes<\/i> (1969)<\/p>\n\n

Jean Brachet, un pionnier de l\u2019 \u00ab embryologie chimique \u00bb, et Walter Vincent (Laboratoire de morphologie animale, Universit\u00e9 libre de Bruxelles) isol\u00e8rent le nucl\u00e9ole d\u2019h\u00e9patocytes de rat et d\u2019ovocytes d\u2019\u00e9toile de mer. Alors que dans la plupart des autres cellules, on d\u00e9nombre de un \u00e0 quatre nucl\u00e9oles, selon les phases du cycle cellulaire, les ovocytes d\u2019Amphibiens renferment de nombreux nucl\u00e9oles. En 1940, Brachet d\u00e9montra que le nucl\u00e9ole contient de l\u2019ARN : la basophilie de cette structure disparait apr\u00e8s traitement par la ribonucl\u00e9ase. Le mat\u00e9riel nucl\u00e9olaire n\u2019est pas r\u00e9parti de mani\u00e8re uniforme : la zone granulaire est sensible \u00e0 la ribonucl\u00e9ase alors la pepsine dig\u00e8re pr\u00e9f\u00e9rentiellement les autres parties du nucl\u00e9ole (son contenu en prot\u00e9ines repr\u00e9sente 85% de sa masse). La pr\u00e9sence d\u2019ARN dans le nucl\u00e9ole d\u2019ovocytes d\u2019\u00e9toile de mer fut confirm\u00e9e par Vincent (Zoology Laboratory, University of Pennsylvania<\/i>). <\/p>\n \n

La structure fine du nucl\u00e9ole fut d\u00e9finitivement \u00e9tablie par l\u2019examen de coupes de tissus au microscope \u00e9lectronique. et Wilhelm Bernhard, Fran\u00e7oise Haguenau et Charles Oberling (Institut de recherches sur le cancer, Villejuif) d\u00e9crivirent la structure en \u00e9ponge du nucl\u00e9ole, l\u2019absence de membrane limitante et la pr\u00e9sence de fibrilles et de granules r\u00e9parties en trois r\u00e9gions : une r\u00e9gion riche en fibrilles de 5 \u00e0 8 nm de diam\u00e8tre, de densit\u00e9 variable, qui se diff\u00e9rencie en \u00ab centres fibrillaires \u00bb et \u00ab composant fibrillaire dense \u00bb ; une r\u00e9gion riche en granules de 15 \u00e0 20 nm de diam\u00e8tre : le \u00ab composant granulaire \u00bb.<\/p>\n\n

R\u00e9f\u00e9rences : Brachet J La localisation de I\u2019acide thymonucl\u00e9ique pendant I\u2019oogen\u00e8se et la maturation chez les Amphibiens (1940)
\nBrachet J La localisation des acides pentosenucl\u00e9iques dans les tissus animaux et les oeufs d\u2019Amphibiens en voie de d\u00e9veloppement (1941)
\nBrachet J Ribonucleic acids and the synthesis of cellular proteins<\/i> (1960)
\nBernhard W, Haguenau F, Oberling C L’ultrastructure du nucl\u00e9ole de quelques cellules animales rev\u00e9l\u00e9e par le microscope \u00e9lectronique (1952)
\nBernhard W, Haguenau F, Gautier A, Oberling C La structure submicroscopique des \u00e9l\u00e9ments basophiles cytoplasmiques dans le foie, le pancr\u00e9as et les glandes salivaires (1952)<\/p>\n\n\n\n\n\n
\"Morphologie<\/td>\n<\/tr>\n
Morphologie du nucl\u00e9ole chez les eucaryotes sup\u00e9rieurs.<\/b> Chez les eucaryotes sup\u00e9rieurs, le nucl\u00e9ole est une structure d\u00e9pourvue de membrane limitante ; ses trois composants sont : (i) en position centrale, le centre fibrillaire dense (anciennement pars fibrosa<\/i>), avec les g\u00e8nes transcrivant l’ARN ribosomal, l\u2019ARN polym\u00e9rase I et les facteurs de transcription ; (ii) la zone granulaire (pars granulosa<\/i>) d\u2019assemblage des sous-unit\u00e9s ribosomales 40S et 60S ; (iii) un centre fibrillaire regroupant cinq paires de chromosomes avec les r\u00e9gions NOR (Nucleolar Organizing Region<\/i>) et les g\u00e8nes r\u00e9p\u00e9t\u00e9s en tandem codant l\u2019ARNr 45S.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

En traitant une pr\u00e9paration enrichie en nucl\u00e9oles par un d\u00e9tergent (d\u00e9soxycholate de sodium), Max L. Birnstiel et Margaret I.H. Chipchase (Division of Biology, California Institute of Technology<\/i>) isol\u00e8rent des ribonucl\u00e9oprot\u00e9ines de coefficient de s\u00e9dimentation 38S<\/i>, 60S<\/i>, et 81S<\/i> et de tailles 20, 28, et 36,5 nm \u2013 soit la taille des ribosomes cytoplasmiques ou de leurs sous-unit\u00e9s \u2013 et des ARNr 18S<\/i> et 28S<\/i>. Les travaux Max Birnstiel et Hugh Wallace (Medical Research Council Epigenetics Research Group, Edinburgh<\/i>) et de Donald D. Brown (Department of Embryology, Carnegie Institution of Washington, Baltimore<\/i>) d\u00e9montr\u00e8rent que les g\u00e8nes codant pour les ARNr 18S<\/i> et 28S<\/i> sont organis\u00e9s en tandems t\u00eate-b\u00eache, r\u00e9p\u00e9t\u00e9s des centaines de fois dans le g\u00e9nome.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Birnstiel ML, Chipchase MIH The nucleolus, a source of ribosomes<\/i> (1963)<\/p>\n \n

En constatant la faible r\u00e9activit\u00e9 du nucl\u00e9ole \u00e0 la coloration de Feulgen, les exp\u00e9rimentateurs avaient conclu qu\u2019il ne contient pas ou peu d\u2019ADN. En 1931, Emil Heitz (d\u00e9partement de Botanique, Universit\u00e4t Hambourg<\/i>) \u2013 l\u2019inventeur des termes \u00ab euchromatine \u00bb et \u00ab h\u00e9t\u00e9rochromatine \u00bb \u2013 mit en \u00e9vidence le contact \u00e9troit entre certains chromosomes et le nucl\u00e9ole de cellules v\u00e9g\u00e9tales. En observant des chromosomes de plantes irradi\u00e9es aux rayons X dans le laboratoire de Thomas Hunt Morgan (California Institute of Technology<\/i>), la cytog\u00e9n\u00e9ticienne Barbara McClintock (Cold Spring Harbor Laboratory<\/i>) d\u00e9couvrit qu\u2019une r\u00e9gion particuli\u00e8re du chromosome se positionne au contact du nucl\u00e9ole (1934) ; elle la baptisa \u00ab organisateur nucl\u00e9olaire \u00bb (Nucleolar Organizing Body<\/i>). Pour d\u00e9montrer le r\u00f4le de cette r\u00e9gion, aujourd\u2019hui d\u00e9nomm\u00e9e Nucleolus Organizer Region (NOR) <\/i>, des transg\u00e8nes codant pour des pr\u00e9-ARNr furent ins\u00e9r\u00e9s dans des chromosomes polyth\u00e8nes isol\u00e9s (visibles au microscope optique) et incub\u00e9s dans un milieu de transcription : des nucl\u00e9oles se form\u00e8rent spontan\u00e9ment. Dans la cellule, les NOR<\/i> sont concentr\u00e9es dans les centres fibrillaires ; ces locis h\u00e9bergent des centaines de g\u00e8nes d\u2019ADNr, codant pour les ARNr 5.8S<\/i>, 18S<\/i> et 28S<\/i> (chez l\u2019homme). Trois d\u00e9cades apr\u00e8s leur publication (dans les d\u00e9cennies 1940-1950) la communaut\u00e9 scientifique prit conscience de l\u2019importance des d\u00e9couvertes de Barbara McClintock. Ses travaux sur la cytog\u00e9n\u00e9tique du ma\u00efs et la d\u00e9couverte des transposons lui valurent l\u2019attribution du prix Nobel de m\u00e9decine ou physiologie 1983. Fait remarquable dans les annales du Comit\u00e9 Nobel, elle fut la seule laur\u00e9ate ; elle avait 81 ans.<\/p>\n \n

Pour assurer les besoins de la cellule en ribosomes fonctionnels, surtout en condition de stress, vitesse de synth\u00e8se et d\u2019assemblage sont imp\u00e9ratives ; les g\u00e8nes d\u2019ADNr sont localis\u00e9s sur un petit nombre de chromosomes – cinq chez l\u2019homme, pour 400 copies \u2013 et regroup\u00e9s en op\u00e9rons (clusters) ; la rapidit\u00e9 de transcription par l\u2019ARN polym\u00e9rase I est favoris\u00e9e par la disposition des g\u00e8nes d\u2019ADNr en tandem. La transcription des g\u00e8nes d\u2019ADNr par l\u2019ARN polym\u00e9rase I se d\u00e9roule \u00e0 la limite entre centres fibrillaire et composant fibrillaire dense. Le long pr\u00e9curseur polycistronique (pr\u00e9-ARNr 47S chez l\u2019homme) subit plusieurs \u00e9tapes de maturation dans le compartiment fibrillaire dense, o\u00f9 sont concentr\u00e9es fibrillarine, petites ribonucl\u00e9oprot\u00e9ines nucl\u00e9olaires (Small Nucleolar Ribonucleoproteins<\/i>, snoARN) et une vari\u00e9t\u00e9 d\u2019enzymes : m\u00e9thyl transf\u00e9rases, isom\u00e9rases, nucl\u00e9ases\u2026 Les ARNr subissent des modification consistant en m\u00e9thylations et pseudo-uridylations. L\u2019excision des exons des ARNr primaires – les s\u00e9quences ETS (External Transcribed Sequence<\/i>) et ITS (Internal Transcribed Sequence<\/i>) \u2013 fait intervenir divers facteurs : snoARN, exonucl\u00e9ases, h\u00e9licases\u2026 et aboutit au d\u00e9coupage du pr\u00e9-ARNr 47S<\/i> en ARNr-5,8S<\/i>, ARNr-18S<\/i> et ARNr-28S<\/i>. L’ARNr 5S<\/i>, cod\u00e9 par des g\u00e8nes r\u00e9p\u00e9t\u00e9s situ\u00e9s \u00e0 proximit\u00e9 des centrom\u00e8res des chromosomes, sont transcrits \u00e0 la p\u00e9riph\u00e9rie du nucl\u00e9ole par l’ARN polym\u00e9rase III. L’ARNr 5S se lie d\u2019abord \u00e0 deux prot\u00e9ines ribosomiales puis, dans la zone granulaire, aux autres prot\u00e9ines ribosomiales synth\u00e9tis\u00e9es dans le cytosol par l\u2019ARN polym\u00e9rase II, et import\u00e9es via les pores nucl\u00e9aires ; les sous-unit\u00e9s ribosomiales form\u00e9es sont export\u00e9es dans le cytoplasme via les pores nucl\u00e9aires. Les ribosomes fonctionnels se forment par association des grande et petite sous-unit\u00e9s ribosomiales entre elles et avec une mol\u00e9cule d\u2019ARNm.<\/p>\n \n

Le concept de nucl\u00e9ole multifonctionnel fut introduit en 1998 par Thoru Pederson (Department of Biochemistry and Molecular Biotechnology, University of Massachusetts<\/i>). Si la fonction principale du nucl\u00e9ole est de fabriquer des ribosomes, il est aussi le site de biosynth\u00e8se d\u2019autres ribonucl\u00e9oprot\u00e9ines. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Pederson T The plurifunctional nucleolus<\/i> (1998)<\/p>\n \n

La ribonucl\u00e9ase P<\/b> est un ribozyme ; c\u2019est m\u00eame le premier ribozyme \u00e0 avoir \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9 , ce qui valut \u00e0 Sidney Altman (Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, Cambridge<\/i>) de recevoir le prix Nobel de chimie 1989. L\u2019ARNase P est une ribonucl\u00e9oprot\u00e9ine compos\u00e9e de l\u2019ARN M1 (317 bases) et de la prot\u00e9ine C5 (119 acides amin\u00e9s). Un traitement par une ribonucl\u00e9ase fait dispara\u00eetre l\u2019activit\u00e9 catalytique ce qui prouve que le site catalytique est associ\u00e9 \u00e0 l\u2019ARN M1. En 1983, Altman d\u00e9crivit l\u2019activit\u00e9 nucl\u00e9olytique de l\u2019ARNase P sur l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 5\u2019 des pr\u00e9-ARNt. En \u00e9liminant une s\u00e9quence additionnelle situ\u00e9e \u00e0 l’extr\u00e9mit\u00e9 5′ du pr\u00e9-ARNt, elle joue un r\u00f4le d\u00e9terminant impliqu\u00e9e dans la maturation des ARN de transfert en ARNt fonctionnels.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Stark BC, Kole R, Bowma EJ, Altman S Ribonuclease P: an enzyme with an essential RNA component<\/i> (1978)
\nKole R, Altman S Properties of the protein component of ribonuclease P from Escherichia coli<\/i> (1980)
\nGuerrier-Takada C, Gardiner K, Marsh T, Pace N, Altman S The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme<\/i> (1983)<\/p>\n \n

Biogen\u00e8se de la t\u00e9lom\u00e9rase. <\/b> Les t\u00e9lom\u00e8res sont des s\u00e9quences d\u2019ADN r\u00e9p\u00e9titives, non-codantes, situ\u00e9es \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 des chromosomes. Leur importance fut mise en \u00e9vidence dans les ann\u00e9es 1980 par Jack W. Szostak (Department of Molecular Biology, Massachusetts General Hospital<\/i>). Ces s\u00e9quences particuli\u00e8res ne sont pas synth\u00e9tis\u00e9es par la polym\u00e9rase responsable de la r\u00e9plication de l\u2019ADN chromosomal (ADN polym\u00e9rase II) mais par la t\u00e9lom\u00e9rase (TElomerase Reverse Transcriptase, TERT<\/i>). Pour des raisons m\u00e9caniques, \u00e0 chaque cycle de r\u00e9plication, la longueur des chromosomes diminue \u00e0 leurs extr\u00e9mit\u00e9s. La fonction de la t\u00e9lom\u00e9rase est de restaurer la partie manquante de fa\u00e7on \u00e0 maintenir intacte la longueur des chromosomes en ajoutant une s\u00e9quence r\u00e9p\u00e9t\u00e9e de d\u00e9soxyribonucl\u00e9otides (t\u00e9lom\u00e8re) \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 des chromosomes lin\u00e9aires. Elizabeth Blackburn (University of California, Berkeley<\/i>) d\u00e9tecta la pr\u00e9sence \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 des chromosomes de Tetrahymena thermophila<\/i> de s\u00e9quences d\u2019ADN r\u00e9p\u00e9titives (- CCCCAA -) non-codantes. En 1980, Blackburn et Jack W. Szostak (Department of Molecular Biology, Massachusetts General Hospital<\/i>) montr\u00e8rent que lorsque ces s\u00e9quences sont greff\u00e9es \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 de minichromosomes synth\u00e9tiques et que ceux-ci sont inject\u00e9s dans des cellules de Saccharomyces cerevisiae<\/i>, ils ne subissent pas de d\u00e9gradation, ce qui n\u2019est pas le cas de minichromosomes d\u00e9pouvus de s\u00e9quences \u2013 CCCCAA \u2013 (Szostak \u00e9tait un pionnier de la synth\u00e8se de minichromosomes artificiels de levure). Szostak et Blackburn ont montr\u00e9 que l’ADN lin\u00e9aire de plasmides de levure est prot\u00e9g\u00e9 de la d\u00e9gradation si on lui greffe des extr\u00e9mit\u00e9s de chromosomes de Tetrahymena<\/i>. Des minichromosomes artificiels de levure, introduits dans des cellules de levure, ne sont r\u00e9pliqu\u00e9s que si on leur ajoute des t\u00e9lom\u00e8res aux deux extr\u00e9mit\u00e9s. A la suite du s\u00e9quen\u00e7age de ces fragments d’ADN, l\u2019enzyme responsable de leur addition aux extr\u00e9mit\u00e9s terminales des chromosomes, la t\u00e9lom\u00e9rase, fut d\u00e9couverte en 1984 dans des extraits de Tetrahymena thermophila<\/i> par Carol Greider, l\u2019assistante d\u2019Elizabeth Blackburn. Cette ribonul\u00e9oprot\u00e9ine est form\u00e9e de l\u2019association d\u2019une transcriptase r\u00e9verse, l\u2019ADN polym\u00e9rase TERT<\/i> (synth\u00e9tis\u00e9e dans le cytosol), et d\u2019un ARN de petite taille, le TElomerase Rna Component (TERC) <\/i>. La pr\u00e9sence de ces deux constituants dans les corps de Cajal de cellules canc\u00e9reuses humaines en culture, a conduit \u00e0 attribuer \u00e0 ces corps nucl\u00e9aires un r\u00f4le dans l\u2019assemblage et\/ou la maturation de la t\u00e9lom\u00e9rase et dans l\u2019hom\u00e9ostasie de l\u2019allongement des t\u00e9lom\u00e8res. Au cours de la phase S du cycle cellulaire \u2013 pendant laquelle se produit l\u2019\u00e9longation des t\u00e9lom\u00e8res \u2013 les Corps de Cajal s\u2019associent aux extr\u00e9mit\u00e9s des chromosomes ; l\u2019ARNTERC<\/sub> sert de matrice \u00e0 l\u2019ADN polym\u00e9rase TERT<\/i> en s\u2019appariant aux s\u00e9quences compl\u00e9mentaires des t\u00e9lom\u00e8res ; l\u2019enzyme synth\u00e9tise et ins\u00e8re les s\u00e9quences d\u2019ADN r\u00e9p\u00e9titives perdues \u00e0 chaque cycle de r\u00e9plication. La t\u00e9lom\u00e9rase est active dans les cellules germinales, embryonnaires ou f\u0153tales et peu active dans les cellules somatiques. Elizabeth H. Blackburn, Carol W. Greider et Jack W. Szostak se partag\u00e8rent le prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine 2009.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Szostak JW, Blackburn EH Cloning yeast telomeres on linear plasmid vectors<\/i> (1982)
\nShampay J, Szostak JW, Blackburn EH DNA sequences of telomeres maintained in yeast<\/i> (1984)
\nGreider CW, Blackburn EH Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts<\/i> (1985)<\/p>\n \n

La particule de reconnaissance du signal<\/b> (Signal Recognition Particle, SRP<\/i>) reconnait, comme son nom l\u2019indique, le peptide signal, d\u00e9couvert en 1972 par C\u00e9sar Milstein et ses associ\u00e9s (Department of Biochemistry, Cambridge University<\/i>) \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 amino-terminale du pr\u00e9curseur de la cha\u00eene l\u00e9g\u00e8re d\u2019immunoglobuline IgG. La particule fut isol\u00e9e en 1980 dans le laboratoire de G\u00fcnter Blobel (The Rockefeller University<\/i>) par Peter Walter et Ibrahim M. Ibrahimi. Chez les eucaryotes, cette machine mol\u00e9culaire est form\u00e9e par l\u2019association d\u2019un ARN 7S<\/i> (+\/- 300 nucl\u00e9otides) et de six polypeptides nomm\u00e9s d\u2019apr\u00e8s leur poids mol\u00e9culaire en kDa : 72, 68, 54, 19, 14 et 9 kDa. Les cellules fabriquent en permanence des prot\u00e9ines dont certaines deviendront des r\u00e9sidentes (prot\u00e9ines domestiques) et d\u2019autres seront export\u00e9es \u00e0 l\u2019ext\u00e9rieur de la cellule (prot\u00e9ines s\u00e9cr\u00e9toires). Le choix d\u2019entrer ou pas dans la voie s\u00e9cr\u00e9toire est d\u00e9termin\u00e9 par la pr\u00e9sence ou l\u2019absence d\u2019un peptide signal \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 N-terminale du polypeptide en cours de synth\u00e8se par les ribosomes cytosoliques. La particule de reconnaissance du signal, assembl\u00e9e dans le nucl\u00e9ole et export\u00e9e dans le cytosol, joue un r\u00f4le d\u00e9terminant dans l\u2019adressage des prot\u00e9ines. L\u2019h\u00e9t\u00e9rodim\u00e8re SRP9\/SRP 14 bloque l’\u00e9longation du polypeptide en cours de traduction ; SRP19 et la GTPase SRP54interagissent avec le peptide signal \u00e9mergeant de la grosse sous-unit\u00e9 du ribosome ; SRP68 et SRP72 sont impliqu\u00e9s dans l’interaction de la particule de reconnaissance du signal avec son r\u00e9cepteur sur la face cytosolique de la membrane du reticulum endoplasmique. Cette double reconnaissance du peptide signal et du r\u00e9cepteur assure l\u2019accostage et l\u2019arrimage de l\u2019ensemble ribosome \u2013 polypeptide naissant \u00e0 la membrane du reticulum endoplasmique, qui est la porte d\u2019entr\u00e9e de la voie s\u00e9cr\u00e9toire.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Walter P, Blobel G Purification of a membrane-associated protein complex required for protein translocation across the endoplasmic reticulum<\/i> (1980)
\nWalter P, Ibrahimi I, Blobel G Translocation of proteins across the endoplasmic reticulum. I. Signal recognition protein (SRP) binds to in-vitro-assembled polysomes synyhesizing secretory protein<\/i> (1981)
\nWalter P, Blobel G Translocation of proteins across the endoplasmic reticulum. II. Signal recognition protein (SRP) mediates the selective binding to microsomal membranes of in-vitro-assembled polysomes synthesizing secretory protein<\/i> (1981)
\nWalter P, Blobel G Translocation of proteins across the endoplasmic reticulum. III. Signal recognition protein (SRP) causes signal sequence-dependent and site-specific arrest of chain elongation that is released by microsomal membranes<\/i> (1981)
\nWalter P, Blobel G Signal recognition particle contains a 7S RNA essential for protein translocation across the endoplasmic reticulum<\/i> (1982)<\/p>\n\n

Petits ARN nucl\u00e9olaires et maturation des ARNr.<\/b> Deux types d\u2019ARN coexistent dans les cellules : les ARN codants (ARNm) et les ARN non codants (ARNnc). Ces derniers sont impliqu\u00e9s dans des processus biologiques comme la r\u00e9gulation post-transcriptionnelle de l\u2019expression du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique ou le d\u00e9veloppement de l\u2019organisme. La taille des ARNnc est variable : de milliers de bases \u00e0 une vingtaine (microARN de 21-23 bases). Les petits ARN nucl\u00e9olaires (Small NucleOlar RNA<\/i>, snoARN) sont pr\u00e9sents dans les petites ribonucl\u00e9oprot\u00e9ines nucl\u00e9olaires (Small NucleOlar RiboNucleoProteins, snoRNP<\/i>). Les snoARN sont impliqu\u00e9s dans la modification des ARNr et d\u2019autres petits ARN par voie chimique (m\u00e9thylation, pseudouridylation) et dans le clivage des ARN ribosomiques (ARNr). En s’appariant avec les bases compl\u00e9mentaires de l\u2019ARNr cible, les ARNsno \u00e0 bo\u00eetes C et D (bien conserv\u00e9es) assurent la sp\u00e9cificit\u00e9 de la 2′-O-m\u00e9thylation des riboses de l\u2019ARNr par la fibrillarine. La zone non-appari\u00e9e de la structure en double \u00e9pingle \u00e0 cheveux des ARNsno \u00e0 bo\u00eete H\/ACA se lie se lie aux bases compl\u00e9mentaires de l\u2019ARNr cible assurent la sp\u00e9cificit\u00e9 de la conversion des uridines en pseudo uridines par la dysk\u00e9rine.<\/p>\n \n

R\u00e9gulation de la biogen\u00e8se des ribosomes et de la progression du cycle cellulaire.<\/b> Le nucl\u00e9ole est le site de r\u00e9actions de sumoylation ; il s\u2019agit d\u2019une modification post-traductionnelle r\u00e9versible o\u00f9 la petite prot\u00e9ine SUMO est li\u00e9e de mani\u00e8re covalente \u00e0 des prot\u00e9ines cibles. La d\u00e9couverte des petites prot\u00e9ines SUMO (Small Ubiquitin-related MOdifiers<\/i>), dans les ann\u00e9es 1996-1997, et de la voie de la SUMOylation, est attribu\u00e9e \u00e0 deux groupes : celui de Frauke Melchior, d\u2019abord lorsqu\u2019elle \u00e9tait \u00e9tudiante postdoctorale dans le laboratoire de Larry Gerace (The Scripps Research Institute, San Diego<\/i>), puis dans son laboratoire (Zentrum f\u00fcr Molekulare Biology, Universit\u00e4t Heidelberg<\/i>), et celui de Michael J. Matunis (Johns Hopkins University<\/i>) associ\u00e9 \u00e0 G\u00fcnter Blobel (Rockefeller University, Howard Hughes Medical Institute, New York<\/i>). Dans les ann\u00e9es 1990, au cours des travaux de son groupe sur le tri et l\u2019adressage des prot\u00e9ines cellulaires, Blobel avait \u00e9t\u00e9 amen\u00e9 \u00e0 s\u2019int\u00e9resser au r\u00f4le de prot\u00e9ines r\u00e9gulatrices des pores nucl\u00e9aires comme RanGAP1 (Ran GTPase-Activating Protein 1<\/i>).<\/p>\n \n

Les pores nucl\u00e9aires sont des complexes prot\u00e9iques qui r\u00e9gulent le transport bidirectionnel de mat\u00e9riel (ARNm, prot\u00e9ines, polym\u00e9rases\u2026) entre le nucl\u00e9oplasme et le cytoplasme, en franchissant l\u2019enveloppe nucl\u00e9aire. La petite prot\u00e9ine G r\u00e9gulatrice du transport nucl\u00e9o-cytoplasmique GTPase Ran (Ras-like nuclear GTPase<\/i>) existe sous deux formes : RAN-GTP et RAN-GDP. La conversion d\u2019une forme \u00e0 l\u2019autre est catalys\u00e9e par RanGAP1, une prot\u00e9ine qui existe aussi sous deux formes : la forme cytosolique et une forme plus lourde, li\u00e9e aux fibrilles des pores nucl\u00e9aires. Frauke Melchior a montr\u00e9 que ce changement de localisation et de poids mol\u00e9culaire est d\u00fb au fait qu\u2019une petite prot\u00e9ine SUMO (101 acides amin\u00e9s) – apparent\u00e9e \u00e0 l’ubiquitine – est li\u00e9e de mani\u00e8re covalente \u00e0 RanGAP1. Cette r\u00e9action est catalys\u00e9e par des ligases ; Melchior a identifi\u00e9 la premi\u00e8re de ces ligases : laSUMO E3 ligase.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Mahajan R, Delphin C, Guan T, Gerace L, Melchior F A small ubiquitin related polypeptide involved in targeting RanGAP1 to nuclear pore complex protein RanBP2<\/i> (1997)
\nPichler A, Gast A, Seeler JS, Dejean A, Melchior F The nucleoporin RanBP2 is a SUMO1 E3 ligase<\/i> (2002)
\nBarysch SV, Dittner C, Flotho A, Becker J, Melchior F Identification and analysis of endogenous SUMO1 and SUMO2\/3 targets in mammalian cells and tissues using monoclonal antibodies<\/i> (2014)<\/p>\n \n

Michael J. Matunis, Elias Coutavas et G\u00fcnter Blobel montr\u00e8rent que RanGAP1 est localis\u00e9e dans le cytosol ; apr\u00e8s avoir \u00e9tabli une liaison covalente avec SUMO, RanGAP1 change de poids mol\u00e9culaire (90 kDa au lieu de 70) et de localisation en s\u2019associant \u00e0 la prot\u00e9ine du complexe du pore nucl\u00e9aire RanBP2<\/i>. Pour Matunis, SUMO peut \u00eatre apparent\u00e9e \u00e0 une chaperone : elle emp\u00eache l\u2019agr\u00e9gation des polypeptides, assure leur repliement et leur localisation correctes. La SUMOylation de RanGAP1 est indispensable \u00e0 son association avec la nucl\u00e9oporine RanBP2 au niveau des filaments cytoplasmiques du complexe du pore nucl\u00e9aire. Les r\u00e9sultats d\u2019une analyse prot\u00e9omique des composants de cette structure chez les mammif\u00e8res ont r\u00e9v\u00e9l\u00e9 l\u2019importance des complexes enrichis en prot\u00e9ines SUMO et leurs enzymes de conjugaison associ\u00e9es aux filaments du complexe du pore nucl\u00e9aire.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Matunis MJ, Blobel G, Coutavas E A novel ubiquitin-like modification modulates the partitioning of the Ran-GTPase-activating protein RanGAP1 between the cytosol and the nuclear pore complex<\/i> (1996)
\nMahajan R, Gerace L, Matunis MJ A small ubiquitin-related polypeptide involved in targeting RanGAP1 to the nuclear pore complex protein RanBP2<\/i> (1997)
\nMatunis MJ, Wu J, Blobel G SUMO-1 modification and its role in targeting the Ran GTPase-activating protein, RanGAP1, to the nuclear pore complex<\/i> (1998)
\nCronshaw JM, Krutchinsky AN, Zhang W, Chait BT, Matunis MJ Proteomic analysis of the mammalian nuclear pore complex<\/i> (2002)
\nWerner, A., Flotho, A., & Matunis, M. J The RanBP2\/RanGAP1*SUMO1\/Ubc9 SUMO E3 ligase is a multi-subunit autonomous disassembly machine<\/i> (2012)<\/p>\n \n

La sumoylation r\u00e9gule la fonction de tr\u00e8s nombreuses prot\u00e9ines (des centaines et peut-\u00eatre des milliers) par l\u2019addition par une liaison iso-peptidiquecovalent entre l’extr\u00e9mit\u00e9 C-terminale de SUMO et un r\u00e9sidu lysine de la prot\u00e9ine cible. Elle fait intervenir une cascade s\u00e9quentielle de trois enzymes : E1 (complexe h\u00e9t\u00e9rodim\u00e9rique d\u2019activation), E2 (conjugaison), E3 (ligase). Les prot\u00e9ines-cibles poss\u00e8dent le motif SIM (Sumo-Interacting Motif<\/i>). La r\u00e9gulation se fait souvent par l\u2019association de prot\u00e9ines cellulaires \u00e0 la prot\u00e9ine modifi\u00e9e. Cette association r\u00e9sulte de l\u2019interaction non covalente entre un motif SIM (Sumo-Interacting Motif<\/i>) sur la prot\u00e9ine-cible et une prot\u00e9ine modifi\u00e9e. L\u2019interaction implique, d\u2019une part une courte s\u00e9quence de 4 r\u00e9sidus aliphatiques (motif SIM) et une fente hydrophobe sur SUMO et, d\u2019autre part des liaisons \u00e9lectrostatiques entre des acides amin\u00e9s charg\u00e9s positivement de SUMO et les r\u00e9sidus charg\u00e9s n\u00e9gativement d\u2019une s\u00e9quence flanquant la portion hydrophobe du motif SLIM.<\/p>\n\n

Article de synth\u00e8se : Yau TY, Sander W, Eidson C, Courey A. A SUMO Interacting Motifs: Structure and Function<\/i> (2021)<\/p>\n \n

Par son caract\u00e8re r\u00e9versible, la sumoylation conf\u00e8re aux prot\u00e9ines modifi\u00e9es la capacit\u00e9 d\u2019agir comme desinterrupteurs mol\u00e9culaires et de r\u00e9guler la biogen\u00e8se des ribosomes (maturation de l’ARNr par la ligase SUMO USP36 (Ubiquitin Specific Peptidase 36<\/i>) et les prot\u00e9ines Nop58, Nop56, Nhp2 et DKC1), la maintenance de la structure du nucl\u00e9ole ou le cycle cellulaire (association de RanGAP1 modifi\u00e9 \u00e0 l\u2019appareil du fuseau mitotique). Dans le cytosol, apr\u00e8s avoir li\u00e9 SUMO-1, RanGAP1 se fixe sur les fibres cytoplasmiques du complexe du pore nucl\u00e9aire en se liant \u00e0 la volumineuse ( 358 kDa)nucl\u00e9oporine RanBP2 (Ran GTP Binding Protein 2<\/i>). Le complexe RanGAP1-RanBP2 r\u00e9gule l\u2019import-export nucl\u00e9aire du cargo (ARN, prot\u00e9ines). Dans le cytosol, la conversion de Ran-GTP en Ran-GDP, provoque la dissociation des complexes d\u2019exportation nucl\u00e9aire et la lib\u00e9ration du cargo \u00e0 l\u2019ext\u00e9rieur du noyau.<\/p>\n \n

La voie de la sumoylation des prot\u00e9ines est r\u00e9gul\u00e9e : en plus des ligases qui ajoutent des prot\u00e9ines SUMO – ou des cha\u00eenes de poly-SUMO – sur les prot\u00e9ines cibles, il existe des prot\u00e9ases qui les retirent. En collaboration avec Michael N. Boddy (Department of Molecular and Cellular Biology, Scripps Research<\/i>), Guy Salvesen et coll. (Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute<\/i>) ont \u00e9tudi\u00e9 les enzymes de d\u00e9SUMOylation. Les prot\u00e9ases SENP (Sentrin-specific Proteases<\/i>) (SENP3, SENP5) sont des cyst\u00e9ine prot\u00e9ases qui coupent les liaisons isopeptidiques pour d\u00e9tacher les prot\u00e9ines SUMO de leurs prot\u00e9ines cibles. Cette \u00e9tape de d\u00e9conjugaison est essentielle pour l’assemblage et la maturation des sous-unit\u00e9s ribosomiques. Salvesen et coll. ont d\u00e9crypt\u00e9 le m\u00e9canisme par lequel les ciseaux mol\u00e9culaires SENP r\u00e9gulent la r\u00e9versibilit\u00e9 du syst\u00e8me SUMO en d\u00e9coupant les cha\u00eenes SUMO de mani\u00e8re al\u00e9atoire \u2013 stochastique – permettant une hom\u00e9ostasie rapide des prot\u00e9ines modifi\u00e9es. Leurs \u00e9tudes de la cin\u00e9tique et de la sp\u00e9cificit\u00e9 des prot\u00e9ases SENP ont \u00e9lucid\u00e9 comment elles s\u00e9lectionnent leurs substrats (SUMO-1, -2, -3) et catalysent la maturation des pr\u00e9curseurs (activit\u00e9 endopeptidase), ou la d\u00e9conjugaison (activit\u00e9 isopeptidase). <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Mikolajczyk, J., Drag, M., Bekes, M., Cao, J. T., Ronai, Z., & Salvesen, G. S. Small Ubiquitin-related Modifier (SUMO)-specific Proteases: Profiling the specificities and activities of human SENPs<\/i> (2007)
\nDrag M, Salvesen GS DeSUMOylating enzymes–SENPs<\/i> (2008)
\nKolli N, Mikolajczyk J, Drag M, Mukhopadhyay D, Moffatt N, Dasso M, Salvesen G, Wilkinson KD Distribution and paralogue specificity of mammalian deSUMOylating enzymes<\/i> (2010)
\nBekes M, Prudden J, Srikumar T, Raught B, Boddy MN, Salvesen GS The dynamics and mechanism of SUMO chain deconjugation by SUMO-specific proteases<\/i> (2011)
\nAlbrow VE, Ponder EL, Fasci D, B\u00e9k\u00e9s M, Deu E, Salvesen GS Development of small molecule inhibitors and probes of human SUMO deconjugating proteases<\/i> (2011)<\/p>\n \n

La biogen\u00e8se des ribosomes est un processus \u00e9troitement contr\u00f4l\u00e9. La nucl\u00e9ophosmine (NPM1\/B23) (37 kDa), abondante dans le nucl\u00e9ole, est impliqu\u00e9e dans l’assemblage correct des sous-unit\u00e9s ribosomales. Agissant comme une chaperone, elle emp\u00eache l’agr\u00e9gation des prot\u00e9ines ribosomales entre elles et facilite leur interaction avec l’ARNr. La nucl\u00e9ost\u00e9mine, identifi\u00e9e par Robert Tsai et Ronald McKay (National Institute of Neurological Disorders and Stroke<\/i>) est une GTPase. Elle contr\u00f4le la prolif\u00e9ration cellulaire en interagissant avec des prot\u00e9ines comme p53 ou le r\u00e9gulateur du cycle cellulaire MDM2 (Murine Double Minute 2<\/i>). Au cours du cycle cellulaire, l’activit\u00e9 de la nucl\u00e9oplasmine et sa capacit\u00e9 \u00e0 se lier aux acides nucl\u00e9iques sont modul\u00e9es par phosphorylation. Elle r\u00e9gule l’acc\u00e8s de la chromatine et le transport nucl\u00e9ocytoplasmique. Elle participe \u00e0 la transcription, au clivage et \u00e0 l’assemblage des pr\u00e9-ribosomes au sein du nucl\u00e9ole. <\/p>\n \n

Le nucl\u00e9ole intervient dans la r\u00e9gulation du cycle cellulaire par sumoylation du complexe RanGAP1-RanBP2 ; apr\u00e8s fragmentation de l\u2019enveloppe nucl\u00e9aire, l\u2019interaction entre les microtubules du fuseau mitotique et les kin\u00e9tochores des chromosomes est sous le contr\u00f4le de RanGAP1-RanBP2 modifi\u00e9assurant ainsi la s\u00e9gr\u00e9gation correcte des chromosomes. La sumoylation agit comme un signal de r\u00e9tention et de s\u00e9questration dans le nucl\u00e9ole de suppresseurs de tumeur (p53), bloquant ainsi l’interaction avec leurs cibles cytoplasmiques ou nucl\u00e9aires.<\/p>\n\n\n\n\n\n
\"Formation<\/td>\n<\/tr>\n
Formation d\u2019un nucl\u00e9ole in vitro<\/i>. <\/b> Un transg\u00e8ne de pr\u00e9-ARNr a \u00e9t\u00e9 artificiellement ins\u00e9r\u00e9 dans un chromosome polyt\u00e8ne ; le chromosome recombin\u00e9 est plac\u00e9 dans un milieu contenant les ingr\u00e9dients n\u00e9cessaires \u00e0 la transcription. Une matrice de prot\u00e9ines et d\u2019ARN s\u2019organise spontan\u00e9ment, au sein de laquelle apparaissent des ribonul\u00e9oprot\u00e9ines 80S<\/i>, les pr\u00e9curseurs des sous-unit\u00e9s ribosomiales.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n\n
\n

<\/a>Chimie du noyau<\/b><\/span><\/h3>\n

Les chimistes commenc\u00e8rent \u00e0 s\u2019int\u00e9resser au noyau au XIXe<\/sup> si\u00e8cle, \u00e0 une \u00e9poque o\u00f9 la chimie organique structurale connaissait en Allemagne un spectaculaire d\u00e9veloppement. Entre les ann\u00e9es 1840 et 1870, l\u2019enseignement et la recherche en chimie physiologique se faisaient dans les \u00e9coles de m\u00e9decine des universit\u00e9s allemandes, puis dans les facult\u00e9s de philosophie (facult\u00e9s des sciences). En 1845, les autorit\u00e9s de la Eberhard Karls Universit\u00e4t<\/i> de T\u00fcbingen cr\u00e9\u00e8rent la premi\u00e8re chaire de chimie physiologique et la confi\u00e8rent \u00e0 un pionnier de cette discipline : Julius E. Schlossberger. Au d\u00e9part, cette chaire avait \u00e9t\u00e9 cr\u00e9\u00e9e \u00ab \u00e0 titre personnel \u00bb ; elle devint permanente et le chimiste organicien Ernst Felix Immanuel Hoppe, qui se faisait appeler Hoppe-Seyler, prit la succession de Schlossberger. Hoppe-Seyler choisit comme th\u00e8me de recherches la composition chimique du protoplasme.<\/p>\n \n

Johan Friedrich Miescher a \u00e9tudi\u00e9 la m\u00e9decine \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de B\u00e2le. Atteint de surdit\u00e9 \u00e0 la suite d\u2019une attaque de typhus, il renonce \u00e0 la pratique m\u00e9dicale, opte pour la recherche et suit une formation de chimiste organicien dans le laboratoire d\u2019Adolf Stecker, \u00e0 G\u00f6ttingen. Il est convaincu que la composition chimique du noyau doit \u00eatre radicalement diff\u00e9rente de celle des autres parties de la cellule. A T\u00fcbingen, devenu l\u2019\u00e9l\u00e8ve d\u2019Hoppe-Seyler, et malgr\u00e9 la mise en garde de son mentor sur la difficult\u00e9 du projet, Miescher entreprend l\u2019\u00e9tude du noyau des leucocytes, un mat\u00e9riel exp\u00e9rimental dot\u00e9 de volumineux noyaux. Il en r\u00e9colte de grandes quantit\u00e9s en lavant avec une solution de sulfate de sodium des pansements impr\u00e9gn\u00e9s de pus ; les prot\u00e9ines cellulaires sont \u00e9limin\u00e9es par un traitement \u00e0 la pepsine (un extrait d\u2019estomac de porc) en milieu chlorhydrique ; le mat\u00e9riel est soumis \u00e0 une longue hydrolyse acide dilu\u00e9e, puis \u00e0 une extraction \u00e0 l\u2019\u00e9ther pour \u00e9liminer les lipides. Une couche de mat\u00e9riel \u00e0 l\u2019interface eau\/\u00e9ther se s\u00e9pare d\u2019un culot insoluble dans l\u2019eau et les solvants acides mais soluble en milieu alcalin en donnant un liquide visqueux ; par acidification progressive, Miescher pr\u00e9cipite un mat\u00e9riel biologique d\u2019acidit\u00e9 \u00e9lev\u00e9 (le plus acide jamais isol\u00e9) et riche en phosphore (10% de la masse). On ne connaissait \u00e0 l\u2019\u00e9poque que deux compos\u00e9s biologiques contenant du phosphore : la cas\u00e9ine, une phosphoprot\u00e9ine du lait isol\u00e9e par Gerrit Mulder en 1837, et la l\u00e9cithine, un phospholipide isol\u00e9 dans le laboratoire d\u2019Hoppe-Seyler. Convaincu d\u2019avoir isol\u00e9 une substance sp\u00e9cifique du noyau, Miesscher lui donne le nom de \u00ab nucl\u00e9ine \u00bb (1869) et r\u00e9dige un article qu\u2019il soumet pour publication \u00e0 Hoppe-Seyler, \u00e9diteur de la revue Medizinisch-chemishe Untersuchungen<\/i>. Confront\u00e9 au caract\u00e8re novateur, pour ne pas dire r\u00e9volutionnaire, des r\u00e9sultats de Miescher, Hoppe-Seyler adopte une attitude prudente non d\u00e9pourvue d\u2019ambigu\u00eft\u00e9 : il retarde pendant deux ans la publication du manuscrit et demande \u00e0 deux de ses \u00e9l\u00e8ves de reproduire les r\u00e9sultats de Miescher en appliquant son protocole exp\u00e9rimental sur du sang (Pal Plosz) et de la cas\u00e9ine (Nicolai N. Lubavin). L\u2019article est finalement publi\u00e9 en 1871. Miescher quitte le Schlosslaboratorium<\/i> d\u2019Hoppe-Seyler pour rejoindre Carl Ludwig, le r\u00e9put\u00e9 physiologiste de l\u2019Universit\u00e9 de Leipzig, puis occupe la chaire de physiologie de l\u2019Universit\u00e9 de B\u00e2le, o\u00f9 il entreprend des travaux sur le sperme de saumon du Rhin, une source particuli\u00e8rement riche en nucl\u00e9ine ; en 1868, il en isole un mat\u00e9riel basique riche en azote : la protamine, dont la nature prot\u00e9ique sera \u00e9tablie en 1894 par Albrecht Kossel. Plus tard, il d\u00e9montre la liaison entre la nucl\u00e9ine acide et la protamine (histone) basique. Miescher \u00e9tait convaincu que la nucl\u00e9ine jouait un r\u00f4le dans la f\u00e9condation et l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9. Il avait voulu en faire mention dans l\u2019article de 1871, mais Hoppe-Seyler s\u2019y \u00e9tait oppos\u00e9. Miescher revint sur cette interpr\u00e9tation pr\u00e9monitoire du r\u00f4le de la nucl\u00e9ine dans un article publi\u00e9 en 1874.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Miescher F \u00dcber die chemische Zusammensetzung der Eiterzellen<\/i> (1871)
\nMiescher F \u00dcber die Spermatozoen einiger Wirbeltiere<\/i> (1874)<\/span><\/p>\n \n

Le laboratoire de Felix Hoppe-Seyler (Universit\u00e9 de Strasbourg) avait comme th\u00e8me de recherche la composition chimique des tissus. En 1878, son assistant, K.L.M.L. Albrecht Kossel, isola l\u2019hypoxanthine et la xanthine, apr\u00e8s hydrolyse d\u2019une pr\u00e9paration de nucl\u00e9ine de levure et de globules rouges. Ces deux bases n\u2019\u00e9taient pas des inconnues ; la xanthine avait d\u00e9j\u00e0 \u00e9t\u00e9 isol\u00e9e par le chimiste Charles Fr\u00e9d\u00e9ric Kuhlman et les deux purines, par Jean Piccard (\u00c9cole polytechnique f\u00e9d\u00e9rale, Zurich), \u00e0 partir de nucl\u00e9ine de sperme de poisson. Kossel montra que xanthine et hypoxanthine proviennent bien de la nucl\u00e9ine et non des prot\u00e9ines, comme le soutenaient Georg Salomon et Russel H. Chittenden (Yale University<\/i>). Ces deux bases puriques sont des produits de d\u00e9samination form\u00e9s par d\u00e9gradation thermique de l\u2019ad\u00e9nine et de la guanine. L\u2019ad\u00e9nine fut isol\u00e9e par Kossel, en 1885, \u00e0 partir de tissu pancr\u00e9atique et de nucl\u00e9ine. Richard Altman (Universit\u00e4t Leipzig<\/i>) obtint une pr\u00e9paration de nucl\u00e9ine de levure tr\u00e8s faiblement contamin\u00e9e par des prot\u00e9ines ; en 1899, il proposa de remplacer le terme \u00ab nucl\u00e9ine \u00bb par \u00ab acide nucl\u00e9ique \u00bb. Dans l\u2019hydrolysat de nucl\u00e9ine de levure d\u2019Altman, Kossel caract\u00e9risa la pr\u00e9sence d\u2019une forte quantit\u00e9 d\u2019acide phosphorique, de guanine, d\u2019ad\u00e9nine et d\u2019un produit ayant les propri\u00e9t\u00e9s d\u2019un hydrate de carbone (1891). En 1893, Kossel et son \u00e9tudiant Albert Neumann d\u00e9couvrirent les bases pyrimidiques thymine et cytosine. En 1901, un autre de ses \u00e9tudiants, Alberto Ascoli, d\u00e9couvrit l\u2019uracile \u00e0 partir d\u2019acide nucl\u00e9ique de levure. Apr\u00e8s la d\u00e9couverte des bases entrant dans la composition des acides nucl\u00e9iques \u2013 ad\u00e9nine, guanine, thymine, cytosine, uracile \u2013 Kossel abandonna progressivement leur \u00e9tude au profit de celle des prot\u00e9ines ; il concevait difficilement que les acides nucl\u00e9iques, compos\u00e9s de seulement cinq bases diff\u00e9rentes, puissent rendre compte de la diversit\u00e9 du vivant ; les prot\u00e9ines, avec leurs vingt acides amin\u00e9s diff\u00e9rents, paraissaient de meilleures candidates. En 1884, Kossel d\u00e9couvrit l\u2019histone, une prot\u00e9ine basique associ\u00e9e \u00e0 l\u2019ADN et diff\u00e9rente de la protamine isol\u00e9e par Friedrich Miescher. En 1895, il isola un nouvel acide amin\u00e9, l\u2019histidine. Il re\u00e7ut en 1910 le prix Nobel de m\u00e9decine ou physiologie.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Kuhlman CF Recherches scientifiques (1877)
\nSalomon G Ueber die Verbreitung und Entstehung von Hypoxanthin und Milchsaure im thierischen Organismen<\/i> (1878)
\nChittenden RH On the formation of hypoxanthine from albumin<\/i> (1879)
\nAltman R Ueber Nucleinsauren<\/i> (1889)
\nKossel A, Neumann A Ueber das Thymin ein Spaltungsprodukt der Nucleinsaure<\/i> (1893)
\nAscoli A Ueber ein neues Spaltungsprodukt des Hefenucleins<\/i> (1901)<\/span><\/p>\n <\/p>\n\n\n\n\n
\"Hydrolyse<\/td>\n<\/tr>\n
Protocole d\u2019hydrolyse chimique des nucl\u00e9oprot\u00e9ines.<\/b> Ce sch\u00e9ma d\u2019hydrolyse fut utilis\u00e9 jusqu\u2019au milieu du XXe si\u00e8cle. L\u2019hydrolyse chimique m\u00e9nag\u00e9e, combin\u00e9e \u00e0 l\u2019hydrolyse enzymatique, lib\u00e8re un m\u00e9lange de bases, pentoses, pentoses phosphate, nucl\u00e9osides, nucl\u00e9otides et oligonucl\u00e9otides. Le terme \u00ab protamine \u00bb d\u00e9signe aujourd\u2019hui des prot\u00e9ines basiques exprim\u00e9es dans les spermatocytes et jouant un r\u00f4le analogue \u00e0 celui des histones.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n <\/p>\n

\u00ab A dull repetitive molecule<\/i> \u00bb<\/b><\/span><\/h3>\n \n

Dans un texte dont j\u2019ai omis de noter la r\u00e9f\u00e9rence, un auteur qualifie ainsi l\u2019ADN : \u00ab a dull repetitive molecule incapable of fulfilling any important role<\/i> \u00bb. Rappelons quelques faits : (i) Miescher isole la nucl\u00e9ine dans ann\u00e9es 1860 ; \u00e0 la fin des ann\u00e9es 1940, on ne sait toujours pas avec certitude quel est le r\u00f4le jou\u00e9 par l\u2019ADN dans la transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires ; (ii) en 1879, Walther Flemming d\u00e9signe par le terme \u00ab chromatine \u00bb le mat\u00e9riel nucl\u00e9aire pr\u00e9sent dans le noyau et qui fixe fortement les colorants basiques ; sa nature (prot\u00e9ines, acides nucl\u00e9iques) est inconnue. En 1881, Eduard Zacharias montre que la chromatine r\u00e9agit comme la nucl\u00e9ine \u00e0 des traitements acide ou alcalin ; selon lui les deux termes d\u00e9signent le m\u00eame mat\u00e9riel nucl\u00e9aire. (iii) jusqu\u2019aux ann\u00e9es 1940, on distingue l’acide nucl\u00e9ique de levure (acide zymonucl\u00e9ique) pr\u00e9sent dans les v\u00e9g\u00e9taux, de l\u2019acide thymonucl\u00e9ique pr\u00e9sent dans les tissus animaux (car isol\u00e9 \u00e0 partir de thymus de veau). Dans les ann\u00e9es 1920, le biochimiste J.W. Robert Feulgen (Christian-Albrecht Universit\u00e4t, Kiel<\/i>) et le m\u00e9decin Heinrich Rossenbeck mettent au point une m\u00e9thode de coloration sp\u00e9cifique de l’acide thymonucl\u00e9ique. La technique comporte deux \u00e9tapes : (i) une hydrolyse m\u00e9nag\u00e9e – acide chlorhydrique \u00e0 60\u00b0C \u2013 de l\u2019\u00e9chantillon tissulaire ; dans ces conditions les liaisons N-osidiques entre bases puriques et pentoses sont rompues ; le groupe ald\u00e9hydique du d\u00e9soxyribose est lib\u00e9r\u00e9 mais pas celui du ribose dont le groupe hydroxyle sur le C2 bloque l’hydrolyse acide ; (ii) coloration au r\u00e9actif de Schiff (fuchsine basique d\u00e9color\u00e9e au dioxyde de soufre SO2<\/sub>). Au contact des groupements ald\u00e9hydes du d\u00e9soxyribose le r\u00e9actif prend une coloration pourpre\/violette. Le cytoplasme et les prot\u00e9ines ne sont pas color\u00e9s par la r\u00e9action de Feulgen. En appliquant ce qu\u2019ils appelait la \u00ab r\u00e9action nucl\u00e9ale \u00bb sur une grande vari\u00e9t\u00e9 de tissus et d\u2019organismes (grenouilles, rats, protozoaires, spermatozo\u00efdes, tissus v\u00e9g\u00e9taux, germes de bl\u00e9 et de seigle) Feulgen et Rossenbeck montrent que l’acide thymonucl\u00e9ique est pr\u00e9sent exclusivement dans le noyau de toutes les cellules animales et v\u00e9g\u00e9tales. La chromatine est compos\u00e9e d’acide thymonucl\u00e9ique. <\/p>\n \n

Dans les ann\u00e9es 1920, Walter Jones et sa collaboratrice M. E. Perkins (Johns Hopkins University<\/i>) mirent au point un protocole de purification de l\u2019ARN qui \u00e9vite sa d\u00e9gradation par les ribonucl\u00e9ases. Dans les ann\u00e9es 1920 et 1930, le biochimiste Johan Erik Jorpes (Karolinska Institutet, Stockholm<\/i>) parvint \u00e0 extraire et \u00e0 purifier de l’ARN \u00e0 partir de pancr\u00e9as de b\u0153uf, mettant ainsi fin au dogme selon lequel l\u2019acide ribonucl\u00e9ique de levure (ARN) n\u2019est pr\u00e9sent que dans les tissus v\u00e9g\u00e9taux. La coloration de coupes provenant du m\u00eame \u00e9chantillon tissulaire par le r\u00e9actif de Feulgen (ADN) ou par des colorants basiques (ADN et ARN) permet de mettre en \u00e9vidence la pr\u00e9sence des deux types d\u2019acides nucl\u00e9iques dans les cellules animales et v\u00e9g\u00e9tales. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Feulgen R, Rossenbeck H Mikroskopisch-chemischer Nachweis einer Nucleins\u00e4ure vom Typus der Thymonucleinsaure und die darauf beruhende elective Farbung vom Zelikernen in mikroskopischen Praparaten<\/i> (1924)
\nJones W, Perkins ME The Nucleotides of Yeast Nucleic Acid<\/i> (1923)
\nJones W, Perkins ME The Plant Nucleic Acid<\/i> (1923)
\nJorpes JE Zur Kenntnis der \u00ab Pankreasnucleins\u00e4ure \u00bb<\/i> (1924)<\/p>\n \n

La synth\u00e8se de l’ur\u00e9e \u00e0 partir de cyanate d’ammonium, r\u00e9alis\u00e9e en 1828 par Friedrich W\u00f6hler, est le bulletin de naissance de la chimie organique ; une mol\u00e9cule du vivant a \u00e9t\u00e9 synth\u00e9tis\u00e9e dans un laboratoire en se passant de la \u00ab force vitale \u00bb. En 1881, Emil H. Fischer, s\u2019inspirant de l\u2019approche par synth\u00e8se de Friedrich Wh\u00f6ler, \u00e9lucida la structure d\u2019une s\u00e9rie de compos\u00e9s apparent\u00e9s : acide urique, xanthine, caf\u00e9ine, th\u00e9obromine. Il montra que la structure de ces compos\u00e9s a un point commun : la pr\u00e9sence d\u2019une base constitu\u00e9e d’un cycle pyrimidine et d’un cycle imidazole. Il la nomma \u00ab purine \u00bb par r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 une parent\u00e9 structurale avec l\u2019ur\u00e9e. Emil H. Fischer a \u00e9lucid\u00e9 la structure des deux bases puriques pr\u00e9sentes dans l’ADN et l’ARN : l\u2019ad\u00e9nine – 6-aminopurine \u2013 et la guanine – 2-amino-6-hydroxypurine. Fischer a aussi abord\u00e9 la structure des sucres ; avec le concours du physico-chimiste Julius Tafel, il a \u00e9lucid\u00e9 la structure d\u2019hexoses et de pentoses. Il a propos\u00e9 une m\u00e9thode de repr\u00e9sentation plane des sucres – la Projection de Fischer – qui met en \u00e9vidence la pr\u00e9sence de carbones asym\u00e9triques. Enfin, Fischer a investigu\u00e9 la structure des peptides. Avec Ernest Fourneau il a d\u00e9couvert qu’au cours de la pr\u00e9paration d\u2019esters d’aminoacides se forment des structures lin\u00e9aires porteuses de groupes amides – CONH. Il a propos\u00e9 les termes \u00ab dipeptides \u00bb, \u00ab tripeptides \u00bb\u2026 Les prot\u00e9ines sont des \u00ab polypeptides \u00bb, des polym\u00e8res d\u2019acides amin\u00e9s li\u00e9s entre eux par le groupe amide -CONH-, baptis\u00e9 liaison peptidique. En 1907, Fischer synth\u00e9tisa un peptide de quatorze aminoacides. Il a \u00e9t\u00e9 r\u00e9compens\u00e9 pour ses travaux par l\u2019attribution du prix Nobel de chimie 1902.<\/p>\n \n

Note : Le chimiste J\u00f6n Jacob Berzelius fut le premier \u00e0 utiliser le terme \u00ab prot\u00e9ine \u00bb ; son emploi fut g\u00e9n\u00e9ralis\u00e9 par Gerardus Johannes Mulder, sp\u00e9cialiste des albumines (\u00e0 partir de 1839)<\/p>\n \n

Le flambeau de la recherche sur les acides nucl\u00e9iques, abandonn\u00e9 par Albrecht Kossel, fut repris par ses \u00e9l\u00e8ves Walter Jones et Phoebus A. T. Levene. Au moment o\u00f9 ce dernier commen\u00e7a \u00e0 s\u2019int\u00e9resser aux acides nucl\u00e9iques, Kossel et d\u2019autres avaient caract\u00e9ris\u00e9 les bases puriques \u2013 ad\u00e9nine, guanine \u2013 et pyrimidiques \u2013 thymine, cytosine, uracile \u2013 et un sucre, peut-\u00eatre un pentose, c\u2019est-\u00e0-dire les \u00ab building blocks<\/i> \u00bb des acides nucl\u00e9iques. Ils avaient calcul\u00e9 que les acides nucl\u00e9iques renferment autant de bases puriques que de bases pyrimidiques. A cette \u00e9poque, en plus des \u00ab acides nucl\u00e9iques simples \u00bb, comme l\u2019acide inosinique (en r\u00e9alit\u00e9, un nucl\u00e9otide : hypoxanthine – ribose \u2013 phosphate), isol\u00e9 en 1847 par Justus von Liebig dans un filtrat de muscle de b\u0153uf, on connaissait deux \u00ab acides nucl\u00e9iques complexes \u00bb : l\u2019acide zymonucl\u00e9ique et l\u2019acide thymonucl\u00e9ique. Un premier mod\u00e8le de structure d\u2019un acide nucl\u00e9iques – l\u2019acide zymonucl\u00e9ique de germe de bl\u00e9 \u2013 fut propos\u00e9, en 1902, par Thomas B. Osborne et Isaac F. Harris (Connecticut Agricultural Experiment Station<\/i>). Dans ce mod\u00e8le, le sucre et les bases sont attach\u00e9s par des liaisons covalentes \u00e0 un squelette de quatre phosphates, li\u00e9s entre eux par des liaisons pyrophosphate. Osborne et Harris n\u2019ayant pas d\u00e9tect\u00e9 la cytosine, le rapport entre les bases \u00e9tait : 1 guanine \/ 1 ad\u00e9nine \/ 2 uracile.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Liebig J Ueber die Bestandtheile der Fl\u00fcssigkeiten des Fleisches<\/i> (1847)
\nOsborne TB, Campbell GF The Nucleic Acid of the Embryo of Wheat and Its Protein Compounds<\/i> (1900)
\nOsborne TB, Harris IF The Nucleic Acid of the Embryo of Wheat<\/i> (1902)
\nOsborne TB, Harris IF Die nucleins\u00e4ure des weizenembryos<\/i> (1902)<\/p>\n \n

Les chimistes ont longtemps but\u00e9 sur l\u2019identification de la nature des sucres des acides nucl\u00e9iques. La principale difficult\u00e9 portait sur la nature de l\u2019hydrate de carbone de l\u2019acide thymonucl\u00e9ique. Pour l\u2019acide nucl\u00e9ique de levure, il fut tr\u00e8s t\u00f4t \u00e9tabli qu\u2019il s\u2019agissait d\u2019un pentose : le d-ribose ; Levene et Jacobs ont montr\u00e9 qu\u2019il sert de liaison entre la base et le phosphate : l\u2019hydrolyse alcaline de l\u2019acide inosinique (un nucl\u00e9otide) lib\u00e8re une base et du ribose phosphate ; l\u2019hydrolyse acide lib\u00e8re un nucl\u00e9oside et du phosphate ; l\u2019ordre d\u2019association des constituants entre eux est donc : base \u2013 pentose \u2013 phosphate. La base est li\u00e9e au pentose par une liaison β-N-glycosidique avec le C1\u2019 du ribose. En ce qui concerne l\u2019hydrate de carbone de l\u2019acide thymonucl\u00e9ique, pour Walter Jones, un \u00e9l\u00e8ve d\u2019Albrecht Kossel, c\u2019est un hexose ; pour Levene, c\u2019est le m\u00eame pentose que dans l\u2019acide nucl\u00e9ique de levure. Il \u00e9tait arriv\u00e9 \u00e0 cette conclusion erron\u00e9e apr\u00e8s avoir analys\u00e9 l\u2019acide l\u2019acide guanylique (de l\u2019acide nucl\u00e9ique de levure, ARN) et l\u2019acide inosinique (ADN). <\/p>\n \n

Pour lib\u00e9rer les constituants des acides nucl\u00e9iques, Levene a toujours recherch\u00e9 des conditions d\u2019hydrolyse m\u00e9nag\u00e9es. Walter J. Jones (John Hopkins University<\/i>) fut l\u2019un des premiers \u00e0 utiliser l\u2019hydrolyse enzymatique : les nucl\u00e9ases pr\u00e9sentes en quantit\u00e9 dans les extraits de pancr\u00e9as. Levene et Walter Jacobs eurent recours aux enzymes digestifs des s\u00e9cr\u00e9tions d\u2019une fistule intestinale. Le hasard a voulu qu\u2019en 1923 Levene reprenne contact avec Ivan P. Pavlov (prix Nobel de m\u00e9decine ou physiologie 1904), son ancien professeur de physiologie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Saint-P\u00e9tersbourg. Les membres de son laboratoire avaient une grande pratique du recueil par fistule des s\u00e9cr\u00e9tions gastriques de chien, riches en hydrolases. Au cours d\u2019un s\u00e9jour \u00e0 Saint-P\u00e9tersbourg, Levene les mit en contact in vitro avec des acides nucl\u00e9iques, sans obtenir de r\u00e9sultat probant. Il fut alors d\u00e9cid\u00e9 qu\u2019Efim S. London, du groupe de Pavlov, ferait un s\u00e9jour au Rockefeller Institute<\/i>. In 1929, Levene et London soumirent l\u2019acide nucl\u00e9ique de thymus \u00e0 une hydrolyse par les s\u00e9cr\u00e9tions intestinales ; ils isol\u00e8rent un nucl\u00e9oside: le guanine d\u00e9soxypentoside ; les r\u00e9sultats de l\u2019analyse chimique du sucre montr\u00e8rent qu\u2019il ne s\u2019agissait pas d\u2019un hexose \u2013 comme on l\u2019avait cru \u2013 mais d\u2019un d\u00e9soxypentose : le 2-d\u00e9soxy-d<\/i>-ribose. Il r\u00e9agit (coloration en bleu) au contact du test colorim\u00e9trique de Keller-Kiliani, servant \u00e0 identifier les d\u00e9soxy oses. En 1935, Levene et R. Stuart Tipson \u00e9tabliront qu\u2019il est sous forme furanosique.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Levene PA, Jacobs WA \u00dcber die Pentose in den Nucleinsa\u00fcren<\/i> (1909)
\nJones W The action of boiled pancreas extract on yeast nucleic acid<\/i> (1920)
\nLevene PA, London ES Guaninedesoxypentoside from thymus nucleic acid<\/i> (1929)
\nLevene PA, Mikeska LA, Mori T On the carbohydrate of thymonucleic acid<\/i> (1930)
\nLevene PA, Tipson RS The ring structure of thymidine<\/i> (1935)<\/p>\n \n

Tout au long de sa carri\u00e8re, Levene a publi\u00e9 une s\u00e9rie d\u2019articles dans lesquels il a recens\u00e9 les d\u00e9couvertes sur la composition des acides nucl\u00e9iques ; la plupart de ces d\u00e9couvertes \u00e9taient issues de son laboratoire : la composition d\u2019un nucl\u00e9otide (terme qu\u2019il a introduit) : phosphate pentose, l\u2019une des quatre bases azot\u00e9es A,C,G,T, et le type de liaison unissant ces trois constituents ; Levene est \u00e0 l\u2019origine de la num\u00e9rotation du C des pentoses, ribose ou d\u00e9soxyribose ; la base azot\u00e9e est li\u00e9e au C1 et le groupe phosphate au C5. Levene a aussi montr\u00e9 que dans la mol\u00e9cule d\u2019acide nucl\u00e9ique, deux nucl\u00e9otides adjacents sont li\u00e9s entre eux par des liaisons phosphodiesters entre les C3\u2019 et C-5\u2019 des deux riboses des nucl\u00e9otides adjacents. Ce probl\u00e8me a de nouveau \u00e9t\u00e9 abord\u00e9 en 1952 par D.M. Brown et Alexander R. Todd (Cavendish Laboratory, University of Cambridge<\/i>) et en 1953 par Philip R. Whitfeld et R. Markham (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, Division of Plant Industry, Canberra<\/i>). Ce mode de liaison par ponts phosphodiesters rend obsol\u00e8te tout mod\u00e8le de structure dans lequel deux nucl\u00e9otides adjacents seraient unis entre eux par des liaisons pyrophosphate, comme dans le mod\u00e8le de structure de l\u2019acide nucl\u00e9ique de germe de bl\u00e9 (acide zymonucl\u00e9ique) propos\u00e9 en 1902 par Thomas Osborne et Isaac Harris.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Brown DM, Todd AR Nucleotides. Part X. Some observations on the structure and chemical behaviour of the nucleic acids<\/i> (1952)
\nWhitfeld PR, Markham R The natural configuration of the purine nucleotides in ribonucleic acids: chemical hydrolysis of the dinucleoside phosphates<\/i> (1953) <\/p>\n \n

Le premier article abordant la structure des acides nucl\u00e9iques parut en 1908. Levene et John A. Mandel proposaient l’hypoth\u00e8se du t\u00e9tranucl\u00e9otide : l’acide thymonucl\u00e9ique serait compos\u00e9 d\u2019une s\u00e9quence lin\u00e9aire r\u00e9p\u00e9titive de quatre nucl\u00e9otides : ad\u00e9nine, cytosine, guanine, thymine : <\/p>\n \n

A-C-G-T<\/b><\/p>\n \n

En 1909, un mod\u00e8le de structure similaire, mais incluant le ribose, fut propos\u00e9 pour l\u2019acide nucl\u00e9ique de levure. Apr\u00e8s avoir identifi\u00e9 l\u2019hydrate de carbone de l\u2019acide thymonucl\u00e9ique comme \u00e9tant un pentose : le d-2-ribod\u00e9sose (2-d\u00e9soxy-D-ribose), Levene et London publi\u00e8rent en 1928 et 1929 deux articles ayant pour th\u00e8me principal un mod\u00e8le de structure pour l\u2019acide thymonucl\u00e9ique. Apr\u00e8s une r\u00e9capitulation des connaissances acquises, et en se basant sur la conclusion (erron\u00e9e) des r\u00e9sultats de l\u2019analyse chimique montrant que les quatre bases de cet acide nucl\u00e9ique sont pr\u00e9sentes en proportions \u00e9gales, Levene proposa que la mol\u00e9cule d\u2019acide thymonucl\u00e9ique soit une s\u00e9quence r\u00e9p\u00e9titive de t\u00e9tranucl\u00e9otides :<\/p>\n \n

A-C-G-T-A-C-G-T-A-C-G-T-\u2026<\/b><\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Levene PA, Mandel JA \u00dcber die konstitution der thymo-nucleins\u00e4ure<\/i> (1908)
\nLevene PA Yeast nucleic acid<\/i> (1909)
\nLevene PA On the biochemistry of nucleic acids<\/i> (1910)
\nLevene PA, London ES The structure of thymonucleic acid<\/i> (1929) <\/p>\n \n

Le mod\u00e8le du t\u00e9tranucl\u00e9otide fut rendu obsol\u00e8te par les r\u00e9sultats publi\u00e9s en 1938 par Rudolf Signer (Universit\u00e4t Bern<\/i>), Torbj\u00f6rn Caspersson (Karolinska Institutet, Stockholm<\/i>), et Olof Hammarsten (Uppsala) r\u00e9v\u00e9lant que l\u2019on avait grandement sous-estim\u00e9 la taille de l\u2019ADN. Les auteurs pr\u00e9par\u00e8rent de l\u2019ADN de thymus de veau hautement purifi\u00e9. Les mesures de bir\u00e9fringence de flux et de viscosit\u00e9 de l\u2019ADN en solution indiquaient que c\u2019est une longue mol\u00e9cule rigide, lin\u00e9aire, de masse mol\u00e9culaire comprise entre 500.000 et 1.000.000 Da. Le r\u00e9sultat des mesures d\u2019anisotropie optique sugg\u00e9raient que les bases – purines et pyrimidines \u2013 sont dispos\u00e9es en plans superpos\u00e9s, parall\u00e8les, perpendiculaires \u00e0 l\u2019axe de la mol\u00e9cule. Il devenait envisageable qu\u2019une telle structure puisse servir de support \u00e0 l\u2019information g\u00e9n\u00e9tique.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Signer R, Caspersson TO, Hammarsten E Molecular Shape and Size of Thymonucleic Acid<\/i> (1938)<\/p>\n \n

Le prestige scientifique de Levene \u00e9tait tel que le mod\u00e8le du t\u00e9tranucl\u00e9otide avait \u00e9t\u00e9 tr\u00e8s largement adopt\u00e9. Le g\u00e9n\u00e9ticien Max L.H. Delbr\u00fcck (prix Nobel de m\u00e9decine ou physiologie 1969 et p\u00e8re fondateur du Groupe du phage) ayant qualifi\u00e9 l\u2019ADN de \u00ab mol\u00e9cule stupide \u00bb, nombre de chercheurs furent incit\u00e9s \u00e0 s\u2019engager sur la piste plus prometteuse des prot\u00e9ines basiques associ\u00e9es \u00e0 l\u2019ADN. Tant de commentaires ont \u00e9t\u00e9 faits, tant de textes ont \u00e9t\u00e9 \u00e9crits sur la \u00ab catastrophe du t\u00e9tranucl\u00e9otide \u00bb que je crois inutile de rajouter ma stance. Comment un scientifique aussi brillant, aussi m\u00e9ticuleux que Levene a-t-il pu persister aussi longtemps dans l\u2019erreur ? On en demeure confondu ! Le jury Nobel a r\u00e9compens\u00e9 \u00e0 juste titre Albrecht Kossel (prix de physiologie ou m\u00e9decine 1910) pour avoir \u00e9lucid\u00e9 la structure chimique des constituants des acides nucl\u00e9iques ; il s\u2019est montr\u00e9 tr\u00e8s g\u00e9n\u00e9reux envers Alexander Todd en lui attribuant le prix de chimie 1957 \u00ab for his work on nucleotides and nucleotide co-enzymes<\/i> \u00bb ; il a \u00e9t\u00e9 s\u00e9v\u00e8re \u2013 et comment pouvait-il en \u00eatre autrement ? – avec Phoebus Levene. Le mod\u00e8le du t\u00e9tranucl\u00e9otide a occult\u00e9 les brillants r\u00e9sultats de plus de trente ans de travaux consacr\u00e9s \u00e0 la d\u00e9termination de la composition des acides nucl\u00e9iques.<\/p>\n \n

Article de revue : Rixione E, Ruiz-Zamarripa L The \u201cscientific catastrophe\u201d in nucleic acids research that boosted molecular biology<\/i> (2019)<\/p>\n\n

John M. Gulland et Denis O. Jordan (University College, Nottingham<\/i>) isol\u00e8rent de l\u2019acide nucl\u00e9ique de thymus de veau sous forme de fibres. Pour \u00e9viter toute d\u00e9gradation par hydrolyse acide ou alcaline, cette pr\u00e9paration \u00e9tait maintenue \u00e0 un pH voisin de la neutralit\u00e9. Par titration \u00e9lectrom\u00e9trique, ils d\u00e9montr\u00e8rent l\u2019existence de liaisons hydrog\u00e8ne entre les groupes amin\u00e9s et hydroxyles des bases azot\u00e9es. Ils soumirent cette pr\u00e9paration \u00e0 des mesures de viscosit\u00e9 et de bir\u00e9fringence de flux. Si les conditions sont trop acides ou trop alcalines, on observe une diminution de la viscosit\u00e9 de la solution due \u00e0 la rupture des liaisons hydrog\u00e8ne entre les bases. Ces r\u00e9sultats furent int\u00e9gr\u00e9s par leur \u00e9tudiant doctorant J. Michael Creeth en un mod\u00e8le de structure bicat\u00e9naire pour l\u2019acide thymonucl\u00e9ique ; \u00e0 l’int\u00e9rieur de la structure, les bases des deux cha\u00eenes \u00e9taient reli\u00e9es entre elles par des liaisons hydrog\u00e8ne. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Gulland JM, Jordan DO, Threlfall CJ Deoxypentose nucleic acids. Part I. Preparation of the sodium salt of the deoxypentose nucleic acid of calf thymus<\/i> (1947)
\nGulland JM, Jordan DO, Taylor HFW Deoxypentose nucleic acids. Part II. Electrometric titration of the acidic and basic groups of the deoxypentose nucleic acid of calf thymus<\/i> (1947)
\nCreeth JM, Gulland JM, Jordan DO Deoxypentose nucleic acids. Part III. Viscosity and streaming birefringence of solutions of the sodium salt of the deoxypentose nucleic acid of calf thymus<\/i> (1947)
\nCreeth JM Some Physico-chemical Studies on Nucleic Acids and Related Substances<\/i> (1947)<\/p>\n \n

Olof Hammarsten (Uppsala Universitet<\/i>), un pionnier de la biochimie en Su\u00e8de, fut l\u2019un des premier \u00e0 isoler des complexes de nucl\u00e9oprot\u00e9ines \u00e0 partir d noyaux cellulaires en \u00e9vitant les traitements trop \u00e9nergiques susceptibles d\u2019endommager ces complexes ; il en s\u00e9para les prot\u00e9ines des acides nucl\u00e9iques. Olof Hammarsten eut en son neveu Einar Hammarsten un digne successeur. Avec la collaboration de son fr\u00e8re Harald, Einar mit au point une m\u00e9thode de purification d\u2019un acide nucl\u00e9ique de thymus de veau non d\u00e9grad\u00e9, hautement polym\u00e9ris\u00e9 et visqueux. La dissociation des prot\u00e9ines associ\u00e9es \u00e9tait r\u00e9alis\u00e9e par un traitement au NaCl \u00e0 froid. Pour mesurer la taille des particules d\u2019acide thymonucl\u00e9ique, Einar Hammarsten et son \u00e9l\u00e8ve Torbj\u00f6rn Caspersson sollicit\u00e8rent la collaboration du biophysicien Rudolf Signer. Ancien collaborateur de Hermann Staudinger (prix Nobel de chimie en 1953, cr\u00e9ateur, en 1922, du terme \u00ab macromol\u00e9cule \u00bb), Signer \u00e9tait un sp\u00e9cialiste de la bir\u00e9fringence de flux. Cette technique met en jeu la double r\u00e9fraction de rayons lumineux et permet d\u2019estimer la taille et la forme de mol\u00e9cules en solution. Lorsque l\u2019on force la solution \u00e0 s\u2019\u00e9couler dans un tube de tr\u00e8s faible diam\u00e8tre toutes les mol\u00e9cules ont tendance \u00e0 s\u2019orienter dans le sens du flux. Les r\u00e9sultats publi\u00e9s par Rudolf Signer, Torbj\u00f6rn Caspersson et Einar Hammarsten cr\u00e9\u00e8rent la surprise, pour ne pas dire un choc : la longueur de la mol\u00e9cule d\u2019ADN \u00e9quivalait \u00e0 trois cent fois son diam\u00e8tre. En 1950, Signer analysa une pr\u00e9paration dont les mol\u00e9cules avaient une masse de 7.000.000 kDa ! <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Hammarsten O Zur Kenntnis der Nucleoproteide<\/i> (1894)
\nHammarsten E Zur Kenntnis der biologischen Bedeutung der Nucleins\u00e4ure<\/i> (1924)
\nSigner R, Caspersson T, Hammarsten E Molecular Shape and Size of Thymonucleic Acid <\/i> (1938)<\/p>\n \n

Les Su\u00e9dois allaient devenir des pourvoyeurs d\u2019acides nucl\u00e9iques hautement purifi\u00e9s. En 1937, Torbj\u00f6rn Caspersson donna l\u2019\u00e9chantillon d\u2019acide nucl\u00e9ique de thymus de veau qui permit au physicien William Astbury et \u00e0 son \u00e9tudiante Florence Bell (Davy-Faraday Laboratory, Royal Institution, London<\/i>) d\u2019entreprendre leur travail de pionnier sur la structure spatiale de cette macromol\u00e9cule par diffraction des rayons X. Les physiciens du King\u2019s College<\/i> (London<\/i>), Maurice H.F. Wilkins et Rosalind E. Franklin, qui s\u2019effor\u00e7aient de d\u00e9couvrir la structure aux rayons X de l\u2019ADN, b\u00e9n\u00e9fici\u00e8rent aussi d\u2019\u00e9chantillons venus de Su\u00e8de (par l\u2019interm\u00e9diaire de Rudolf Signer).<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Astbury WT, Bell FO X-Ray Study of Thymonucleic Acid<\/i> (1938)
\nBell FO X-ray and optical studies of the structure of biological macromolecules<\/i> (1939)
\nAstbury WT, Bell FO X-ray study of proteins and nucleic acids in tissue<\/i> (1941)<\/p>\n\n

<\/a>Division cellulaire, mitose, m\u00e9\u00efose<\/b><\/span><\/h3>\n

En 1824, le m\u00e9decin Jean-Louis Pr\u00e9vost, qui deviendra le premier titulaire de la chaire de physiologie de la Facult\u00e9 de M\u00e9decine de l\u2019Universit\u00e9 de Gen\u00e8ve, et l\u2019apprenti pharmacien Jean-Baptiste Dumas, qui allait devenir un chimiste de renom international, mirent en \u00e9vidence le r\u00f4le des \u00ab produits du testicule et de l\u2019ovaire \u00bb dans la f\u00e9condation, la segmentation de l\u2019\u0153uf f\u00e9cond\u00e9 et les premiers stades du d\u00e9veloppement de l\u2019embryon. C\u2019\u00e9tait r\u00e9volutionnaire si l\u2019on se r\u00e9f\u00e8re \u00e0 l\u2019\u00e9tat des connaissances dans les ann\u00e9es 1820. Les \u00ab ovistes \u00bb et les \u00ab spermistes \u00bb s\u2019opposaient sur le r\u00f4le des ovules et des spermatozo\u00efdes. La th\u00e9orie de la pr\u00e9formation connaissait encore de beaux jours : l’embryon pr\u00e9existe dans l’\u0153uf ou le spermatozo\u00efde ; pour certains les \u00ab animalcules spermatiques \u00bb sont des parasites du liquide s\u00e9minal. Ce que l\u2019on appelle \u00ab \u0153uf \u00bb d\u00e9signe en r\u00e9alit\u00e9 les follicules ovariens – de De Graaf – des mammif\u00e8res. Un certain flou entoure la notion de cellule.<\/p>\n \n

Pr\u00e9vost et Dumas ont examin\u00e9 au microscope le sperme de nombreuses esp\u00e8ces animales. Les spermatozo\u00efdes sont les produits constants des testicules des m\u00e2les en \u00e2ge de se reproduire. Il existe une corr\u00e9lation entre la maturit\u00e9 sexuelle et la pr\u00e9sence de ces cellules. On peut f\u00e9conder des grenouilles \u00e0 partir des spermatozo\u00efdes recueillies par filtration du sperme. Le liquide s\u00e9minal filtr\u00e9 a perdu son pouvoir f\u00e9condant. En conclusion, Pr\u00e9vost et Dumas bouleversent les id\u00e9es de l\u2019\u00e9poque en affirmant que c\u2019est le spermatozo\u00efde qui d\u00e9clenche l’embryogen\u00e8se. Ils observent au microscope les spermatozo\u00efdes entrant en \u00ab contact intime \u00bb avec l’\u0153uf \u2013 le vrai, pas le follicule de De Graaf – apr\u00e8s avoir perc\u00e9 le mucus qui l\u2019entoure. L\u2019importance des travaux de Pr\u00e9vost et Dumas fut reconnue ; on leur attribua l\u2019\u00e9quivalent du prix Nobel de l\u2019\u00e9poque, le prix Montyon de physiologie exp\u00e9rimentale de l’Acad\u00e9mie des sciences 1824.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Pr\u00e9vost JL, Dumas JB Sur les animalcules spermatiques de divers animaux (1821)
\nPr\u00e9vost JL, Dumas JB Nouvelle th\u00e9orie de la g\u00e9n\u00e9ration. Premier M\u00e9moire : Observations relatives \u00e0 la structure et aux propri\u00e9t\u00e9s des animalcules spermatiques (1824)
\nPr\u00e9vost JL, Dumas JB Deuxi\u00e8me m\u00e9moire sur la g\u00e9n\u00e9ration : De la g\u00e9n\u00e9ration dans les animaux batraciens (1824)
\nPr\u00e9vost JL, Dumas JB Troisi\u00e8me m\u00e9moire sur la g\u00e9n\u00e9ration : De la g\u00e9n\u00e9ration dans les mammif\u00e8res, et les premiers indices de d\u00e9veloppement de l’embryon(1824)<\/p>\n \n

Pr\u00e9vost et Dumas avaient observ\u00e9 la formation de sillons \u00e0 la surface de l\u2019\u0153uf f\u00e9cond\u00e9 de grenouille sans en comprendre l\u2019exacte signification : la division de l’\u0153uf en masses distinctes. Mauro Rusconi (Universit\u00e9 de Paris) a d\u00e9crit avec pr\u00e9cision la segmentation de l\u2019\u0153uf chez la grenouille commune et le triton \u2013 c\u2019est-\u00e0-dire les premi\u00e8res divisions en 2, 4, 8\u2026 cellules embryonnaires (blastom\u00e8res) et la formation de la morula (embryon au stade pr\u00e9coce du d\u00e9veloppement). L’apparition du premier sillon – le sillon m\u00e9ridien, est suivie de sillons qui divisent l\u2019\u0153uf en segments de tailles in\u00e9gales.<\/p>\n\n

Rusconi \u00e9tait un microscopiste minutieux qui consignait ses observations sur des planches grav\u00e9es et color\u00e9es avec un soin extr\u00eame. Il interpr\u00e9ta l\u2019apparition des sillons comme un ph\u00e9nom\u00e8ne de cristallisation, d’agr\u00e9gation du contenu de l’\u0153uf en \u00ab mol\u00e9cules \u00e9l\u00e9mentaires \u00bb.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Rusconi M Amours des salamandres aquatiques et d\u00e9veloppement du t\u00eatard de ces salamandres depuis l’\u0153uf jusqu’\u00e0 l’animal parfait (1821)
\nRusconi M D\u00e9veloppement de la grenouille commune depuis le moment de sa naissance jusqu\u2019\u00e0 son \u00e9tat parfait (1826)<\/p>\n \n

Si les observations de Rusconi avaient suscit\u00e9 l\u2019int\u00e9r\u00eat de Karl Ernst von Baer, il n\u2019\u00e9tait pas de m\u00eame de leur interpr\u00e9tation. Rejetant les sp\u00e9culations de Rusconi sur la cristallisation, von Baer, professeur d\u2019Anatomie, puis de Zoologie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de K\u00f6nigsberg, soutenait qu’il s’agit d’un processus de division active. Lorsqu\u2019il d\u00e9couvrit les follicules ovariens, ces v\u00e9sicules de petite taille \u2013 mais visibles \u00e0 l\u2019\u0153il nu – pr\u00e9sentes \u00e0 la surface des ovaires, Reiner de Graaf \u00e9tait persuad\u00e9 que c\u2019\u00e9taient des \u0153ufs ; nous \u00e9tions en 1672 et la confusion persistait toujours dans les ann\u00e9es 1920. Elle cessa lorsque Jean-Louis Pr\u00e9vost et Jean-Baptiste Dumas d\u00e9tect\u00e8rent la pr\u00e9sence d\u2019ovules dans les trompes de Fallope de lapines apr\u00e8s l\u2019accouplement ; les follicules de de Graaf sont les sacs qui contiennent les \u0153ufs. En examinant au microscope un follicule de De Graaf intact, von Baer note la pr\u00e9sence d\u2019une minuscule masse blanc jaun\u00e2tre suspendue au sein du liquide folliculaire ; il a l\u2019intuition que ce corpuscule microscopique est l\u2019\u0153uf, au sein de son enveloppe protectrice. Il examine d\u2019autres follicules, en diss\u00e8que un, extrait la masse blanc jaun\u00e2tre et l\u2019observe au microscope : c\u2019est un \u0153uf. von Baer a communiqu\u00e9 ce r\u00e9sultat sous forme d\u2019une lettre en latin adress\u00e9e \u00e0 l\u2019Acad\u00e9mie Imp\u00e9riale des Sciences, \u00e0 Saint P\u00e9tersbourg. Tout \u00eatre vivant, de la grenouille aux mammif\u00e8res en passant par les oiseaux poss\u00e8de un \u0153uf ; le point de d\u00e9part du d\u00e9veloppement des \u00eatres vivants n\u2019est pas un fluide, comme le soutenait Albrecht von Haller \u2013 le \u00ab dernier g\u00e9nie universel \u00bb – mais l\u2019ovule ; tout mammif\u00e8re commence par \u00eatre un ovule.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Von Baer KE De ovi mammif\u00e8re et hominis genesi<\/i> (1927)
\nVon Baer KE Commentaire sur l’\u00e9p\u00eetre de M. de Baer, relative \u00e0 la formation de l’\u0153uf dans les mammif\u00e8res et dans l’esp\u00e8ce humaine (1928)<\/p>\n \n

Robert Remak, un \u00e9l\u00e8ve de Johannes M\u00fcller, \u00e9nonce, en 1852, que toute cellule provient de la division d\u2019une cellule pr\u00e9existante, que la division du noyau (caryocin\u00e8se) pr\u00e9c\u00e8de la division cellulaire (cytocin\u00e8se) ; ses travaux sur l\u2019\u0153uf f\u00e9cond\u00e9, \u00e0 l\u2019h\u00f4pital de la Charit\u00e9, \u00e0 Berlin, mirent en \u00e9vidence le r\u00f4le des trois feuillets embryonnaires, qu\u2019il nomma \u00ab ectoderme, m\u00e9soderme et endoderme \u00bb ; c\u2019est \u00e0 partir de ces couches de cellules que se fait la diff\u00e9rentiation et le d\u00e9veloppement des organes de l\u2019embryon. En 1858, il nota l\u2019apparition de filaments dans le noyau au d\u00e9but de la division cellulaire, une observation qui avait \u00e9t\u00e9 faite dix ans plus t\u00f4t par Wilhelm F.B. Hofmeister dans le noyau des cellules v\u00e9g\u00e9tales.<\/p>\n \n

Les premi\u00e8res \u00e9tudes sur la la f\u00e9condation chez des organismes vivants furent r\u00e9alis\u00e9es par Oscar Hertwig, professeur d\u2019Anatomie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Berlin et disciple du botaniste Ernst Haeckel, professeur \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 d\u2019I\u00e9na, directeur de l\u2019Institut de Zoologie et propagandiste du darwinisme en Allemagne. Haeckel avait la conviction qu\u2019il existait une relation entre h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 et noyau. En 1850, Nicholas A. Warneck avait signal\u00e9 que l\u2019\u0153uf f\u00e9cond\u00e9 renferme deux pronuclei (le terme \u00ab pronucl\u00e9us \u00bb d\u00e9signe le noyau de l\u2019ovule ou du spermatozo\u00efde, apr\u00e8s f\u00e9condation). En 1873, le zoologiste Johann A.O. B\u00fctschli fit une observation similaire : l\u2019\u0153uf f\u00e9cond\u00e9 d\u2019un N\u00e9matode poss\u00e8de deux noyaux et ces noyaux fusionnent, ph\u00e9nom\u00e8ne qui fut aussi remarqu\u00e9 par L. Auerbach en 1874.<\/p>\n \n

Hertwig s\u00e9journa \u00e0 la station de zoologie marine de Villefranche-sur-Mer \u00e0 la recherche d\u2019un mat\u00e9riel exp\u00e9rimental adapt\u00e9 \u00e0 ses travaux ; il porta son choix sur l\u2019\u00e9toile de mer et surtout sur l\u2019\u0153uf d\u2019oursin, dont la transparence lui permit d\u2019examiner l\u2019int\u00e9rieur de la cellule au microscope et de d\u00e9couvrir, en 1876, le m\u00e9canisme de la fertilisation. Le ph\u00e9nom\u00e8ne de fusion des noyaux des cellules reproductrices m\u00e2le et femelle d\u00e9crit par Hertwig fit l\u2019objet d\u2019\u00e9tudes approfondies par Hermann Fol (Universit\u00e9 de Gen\u00e8ve), un autre \u00e9l\u00e8ve d\u2019Ernst Haeckel. Apr\u00e8s f\u00e9condation, le noyau provenant du spermatozo\u00efde est d\u2019abord situ\u00e9 \u00e0 la p\u00e9riph\u00e9rie de l\u2019ovule, puis il s\u2019en rapproche, fusionne avec lui et donne naissance \u00e0 une cellule-\u0153uf. Hertwig rejetait l\u2019id\u00e9e que le cytoplasme puisse \u00eatre le gardien de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 en se basant sur un raisonnement qui sera souvent repris par la suite : si le cytoplasme \u00e9tait le site de transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires, on s\u2019attendrait \u00e0 ce que le cytoplasme de l\u2019ovule et celui du spermatozo\u00efde aient \u00e0 peu pr\u00e8s le m\u00eame volume, ce qui n\u2019est pas le cas ; celui de l\u2019ovule est beaucoup plus volumineux que celui du spermatozo\u00efde. Par contre, les noyaux du spermatozo\u00efde et de l\u2019ovule ont sensiblement la m\u00eame taille.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Pr\u00e9vost JL, Dumas JB Nouvelle th\u00e9orie de la g\u00e9n\u00e9ration (1824)
\nRusconi M D\u00e9veloppement de la grenouille commune depuis le moment de sa naissance jusqu\u2019\u00e0 son \u00e9tat parfait (1826)
\nvon Ba\u00ebr KER De ovi mammalium et hominis genesi epistola<\/i> (1827)
\nRemak R Untersuchungen \u00fcber die Entwickelung der Wirbelthiere<\/i> (1855) <\/span><\/p>

En 1852, Robert Remak, un \u00e9l\u00e8ve de Johannes M\u00fcller, \u00e9non\u00e7a que toute cellule provient de la division d\u2019une cellule pr\u00e9existante et que la division du noyau (caryocin\u00e8se) pr\u00e9c\u00e8de la division cellulaire (cytocin\u00e8se). Au milieu du XIXe<\/sup> si\u00e8cle, la th\u00e9orie du cytoblast\u00e8me \u00e9tait \u00e0 la mode ; selon cette doctrine, les cellules se forment \u00e0 partir d\u2019un fluide vital par un processus analogue \u00e0 la cristallisation. Elle \u00e9tait soutenue par Theodor Schwann et Matthias Schleiden. Remak (H\u00f4pital de la Charit\u00e9, Berlin) la contesta formellement. De ses observations au microscope de globules rouges d’embryons de poulet et de grenouille, il tira la conclusion que les cellules se multiplient par division. Le d\u00e9veloppement de l\u2019embryon se fait par une suite continue de divisions binaires \u00e0 partir de cellules pr\u00e9existantes. Remak fut le premier \u00e0 comprendre que le noyau est une structure permanente des cellules et qu\u2019il en est l\u2019organite central. C\u2019est par le noyau que commence la division cellulaire ; Remak en a d\u00e9crit la s\u00e9quence : (i) le nucl\u00e9ole se divise en deux ; (ii) un \u00e9tranglement au milieu du noyau le s\u00e9pare en deux noyaux distincts ; (iii) le cytoplasme se r\u00e9partit entre les deux nouveaux noyaux. Le noyau de la nouvelle cellule provient d’un noyau pr\u00e9existant. En 1858, Remak nota l\u2019apparition de filaments dans le noyau au d\u00e9but de la division cellulaire, une observation qui avait \u00e9t\u00e9 faite dix ans plus t\u00f4t par le botaniste Wilhelm F.B. Hofmeister dans le noyau des cellules v\u00e9g\u00e9tales.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Remak R \u00dcber extracellulare Entstehung thierischer Zellen und \u00fcber Vermehrung derselben durch Theilung<\/i> (1852)
\nRemak R Untersuchungen \u00fcber die Entwickelung der Wirbelthiere<\/i> (1855)
\nHofmeister WFB Die Lehre von der Pflanzenzelle<\/i> (1867)<\/p>\n \n

Rudolf Virchow suivait de pr\u00e8s les travaux de Robert Remak dont il \u00e9tait un ami proche ; il avait d\u2019abord marqu\u00e9 son opposition \u00e0 ses conclusions avant de les adopter et de se les approprier. En 1855, il publia son c\u00e9l\u00e8bre aphorisme : \u00ab Omnis cellula e cellula<\/i> \u00bb en oubliant de citer Remak. Virchow occupait une position acad\u00e9mique dominante ce qui n\u2019\u00e9tait pas le cas de Remak dont la carri\u00e8re \u00e9tait entrav\u00e9e par les lois raciales en vigueur en Prusse. <\/p>\n \n

Oscar Hertwig, professeur d\u2019Anatomie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Berlin \u00e9tait un disciple du botaniste Ernst Haeckel (Universit\u00e9 d\u2019I\u00e9na) propagandiste du darwinisme en Allemagne. Lorsque Hertwig se proposa d\u2019\u00e9tudier la f\u00e9condation chez des organismes vivants, les hypoth\u00e8ses sur son m\u00e9canisme \u00e9taient vagues : les spermatozo\u00efdes transmettent \u00e0 l\u2019ovule une vibration m\u00e9canique ou un signal chimique. Selon l\u2019hypoth\u00e8se de la polyspermie, un \u0153uf, pour se d\u00e9velopper, devaient \u00eatre f\u00e9cond\u00e9 par plusieurs spermatozo\u00efdes.<\/p>\n \n

Hertwig commence par faire des s\u00e9jours dans les stations de zoologie marine de Villefranche-sur-Mer et de Naples \u00e0 la recherche d\u2019un mat\u00e9riel exp\u00e9rimental adapt\u00e9 aux \u00e9tudes qu\u2019il veut effectuer. Apr\u00e8s avoir essay\u00e9 l\u2019\u00e9toile de mer, il porte son choix sur l’oursin blanc (Toxopneustes lividus<\/i>) ; la grande transparence de ses \u0153ufs permet au microscopiste de \u00ab voir \u00bb l\u2019int\u00e9rieur de la cellule. C\u2019est ainsi qu\u2019 en 1876 il observe la formation du noyau du zygote par la fusion des noyaux du spermatozo\u00efde et de l’ovule ; cette premi\u00e8re fusion (syngamie) d\u00e9clenche les divisions cellulaires de l’embryon. Un seul spermatozo\u00efde est n\u00e9cessaire pour f\u00e9conder l\u2019ovule ; apr\u00e8s sa p\u00e9n\u00e9tration, l’ovule met en place la membrane vitelline qui agit comme une barri\u00e8re bloquant l\u2019entr\u00e9e d\u2019autres spermatozo\u00efdes. La th\u00e9orie de la polyspermie passait aux oubliettes.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Hertwig O Beitr\u00e4ge zur Kenntniss der Bildung, Befruchtung und Theilung des thierischen Eies<\/i> (1876)<\/p>\n \n

En 1885, Hertwig publie un article proprement r\u00e9volutionnaire ; il rejette cat\u00e9goriquement l\u2019affirmation courante d\u2019une fusion compl\u00e8te entre le spermatozo\u00efde et l’ovule ; la f\u00e9condation n\u2019implique que leurs noyaux ; ce sont ces deux organites qui fusionnent. Hertwig en conclut que l’information g\u00e9n\u00e9tique transmise aux descendants est localis\u00e9e dans le nucl\u00e9oplasme (qui contient la nucl\u00e9ine). Le mentor de Hertwig, Ernst Haeckel, professeur d\u2019Anatomie compar\u00e9e \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 d\u2019I\u00e9na, avait la conviction qu\u2019il existait une relation entre h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 et noyau. Hertwig rejetait l\u2019id\u00e9e soutenue par certains que le cytoplasme puisse \u00eatre le support de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 ; il se basait sur un raisonnement qui sera souvent repris par la suite : si le cytoplasme \u00e9tait le site de transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires, on s\u2019attendrait \u00e0 ce que le cytoplasme de l\u2019ovule et celui du spermatozo\u00efde aient \u00e0 peu pr\u00e8s le m\u00eame volume, ce qui n\u2019est pas le cas ; le cytoplasme de l\u2019ovule est beaucoup plus volumineux que celui du spermatozo\u00efde. Par contre, les noyaux du spermatozo\u00efde et de l\u2019ovule ont sensiblement la m\u00eame taille. Le cytoplasme de l’ovule ne contient pas de structure qui lui conf\u00e8re de polarit\u00e9, il est uniforme dans toutes les directions (isotrope). En p\u00e9n\u00e9trant dans l\u2019ovule, le spermatozo\u00efde lui conf\u00e8re une polarit\u00e9 ; le d\u00e9veloppement de l\u2019embryon s\u2019ordonne autour de la sym\u00e9trie structurale ainsi cr\u00e9\u00e9e.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Hertwig O Das Problem der Befruchtung und der Isotropie des Eies. Eine Theorie der Vererbung<\/i> (1885)<\/p>\n\n\n\n\n\n
\"Condensation<\/td>\n<\/tr>\n
Condensation de la chromatine en chromosomes pendant la transition de l\u2019interphase \u00e0 la prophase de la mitose.<\/b> Dessin de gauche : enroulement des chromosomes en fibres ; d\u00e9doublement du centrosome. Dessin de droite : \u00e0 la prophase, les chromatides appari\u00e9es prennent l\u2019apparence de filaments \u00e9pais, les microtubules du fuseau mitotique sont visibles, les centrosomes sont diam\u00e9tralement oppos\u00e9s, de part et d\u2019autre du noyau.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Les chromosomes ne sont pas visibles pendant l\u2019interphase (entre deux divisions cellulaires) ; les seuls qui le soient sont les chromosomes g\u00e9ants (chromosomes polyt\u00e8nes). Ils ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9couverts, en 1881, chez les Chironomidae<\/i>, dans les cellules des glandes salivaires du moucheron Chironomus<\/i> par Edouard-G\u00e9rard Balbiani, titulaire de la chaire d\u2019Embryologie compar\u00e9e au Coll\u00e8ge de France ; Walther Flemming, professeur d\u2019Anatomie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Kiel, a publi\u00e9 une illustration de ces chromosomes g\u00e9ants dans son ouvrage de 1882, tels qu\u2019il les avait observ\u00e9s dans des cellules de larves de dipt\u00e8res du genre Chironomus<\/i>. Les chromosomes polyt\u00e8nes sont issus de multiples r\u00e9plications sans division cellulaire (endor\u00e9plication) ; ils sont constitu\u00e9s de centaines ou de milliers de chromatides s\u0153urs qui sont rest\u00e9es accol\u00e9es. Les chromosomes polyt\u00e8nes \u00e9taient promis \u00e0 un bel avenir chez les g\u00e9n\u00e9ticiens des ann\u00e9es 1930, particuli\u00e8rement chez ceux qui ont utilis\u00e9 la mouche Drosophila comme mat\u00e9riel exp\u00e9rimental. Ces chromosomes pr\u00e9sentent des bandes transversales altern\u00e9es : des bandes sombres d\u2019h\u00e9t\u00e9rochromatine ; des bandes claires d\u2019euchromatine qui sont des sites de transcription active ; des renflements (puffs<\/i>) o\u00f9 la chromatine tr\u00e8s d\u00e9roul\u00e9e est le site de transcription intense (anneaux de Balbiani). <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Balbiani, E.G Sur la structure du noyau des cellules salivaires chez les larves de Chironomus (1881)
\nFlemming W Kern und Zellteilung<\/i> (1882)<\/p>\n \n

Les chromosomes des cellules eucaryotes ne deviennent visibles qu\u2019au moment de la mitose de la division cellulaire. La condensation de la chromatine en chromosomes fut d\u00e9crite, en 1842, dans le noyau des cellules v\u00e9g\u00e9tales par Karl Wilhelm von N\u00e4geli, titulaire de la chaire de botanique de l\u2019Universit\u00e9 de Zurich.<\/p>\n \n

Eduard A. Strasburger, professeur au Botanisches Institut<\/i> (Universit\u00e4t Bonn<\/i>), \u00e9tait un disciple du botaniste Ernst Haeckel. \nIl \u00e9tudiait la f\u00e9condation chez les conif\u00e8res et les plantes \u00e0 fleurs ; chez l\u2019\u00e9ph\u00e9m\u00e8re (Tradescantia<\/i>) ou fritillaire (Fritillaria persica<\/i>), il est possible de suivre au microscope le passage du noyau m\u00e2le dans le tube pollinique et sa progression vers le sac embryonnaire en traversant le pistil ; cette particularit\u00e9 lui permit de suivre la fusion des noyaux m\u00e2le et femelle. En 1879, il donne une description des trois grandes \u00e9tapes de la division du noyau (caryocin\u00e8se) des cellules v\u00e9g\u00e9tales et il leur attribua des appellations toujours en vigueur : prophase, m\u00e9taphase, anaphase. Il observe la division de la cellule en deux cellules filles, la scission concomitante du noyau de la cellule m\u00e8re en deux noyaux, l\u2019apparition dans le noyau de b\u00e2tonnets fortement colorables et leur scission en deux. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Strasburger EA \u00dcber Zellbildung und Zelltheilung<\/i> (1876)
\nStrasburger EA \u00dcber Zellbildung und Zelltheilung<\/i> (1880)<\/p>\n \n

Ce qui distingue la cellule v\u00e9g\u00e9tale de la cellule animale, c\u2019est l\u2019existence d\u2019une paroi rigide chez la premi\u00e8re. La cytocin\u00e8se v\u00e9g\u00e9tale \u2013 la division d\u2019une cellule en deux cellules filles – poss\u00e8de comme particularit\u00e9 de faire intervenir des myriades de petites bulles (v\u00e9sicules), guid\u00e9es par un \u00e9chafaudage de microtubules (phragmoplaste) vers le centre de la cellule ; elles fusionnent pour former une plaque qui divise la cellule en deux moiti\u00e9s \u00e9gales. En 1882, Strasburger inventa les termes \u00ab cytoplasme \u00bb (l\u2019int\u00e9rieur de la cellule moins le noyau) et nucl\u00e9oplasme (le contenu du noyau).<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Strasburger E Ueber den Theilungsvorgang der Zellkerne und das Verh\u00e4ltniss der Kerntheilung zur Zelltheilung<\/i> (1882)<\/p>\n \n

Strasburger avait ses limites ; deux de ses conclusions sont entach\u00e9es d\u2019erreurs. Il croyait que la scission des chromosomes est transversale. Pourtant, le biologiste W. Schleicher avait montr\u00e9 de fa\u00e7on concluante que la scission des filaments qui apparaissent dans le noyau des cellules de larves d’amphibiensest longitudinale. \u00c0 cette occasion, Schleicher a introduit le terme de \u00ab caryocin\u00e8se \u00bb. La conviction de Strasburger fut \u00e9branl\u00e9e par ces r\u00e9sultats. Bien qu\u2019il fut en opposition avec Schleicher sur d\u2019autres points, Strasburger eut l\u2019honn\u00eatet\u00e9 de r\u00e9p\u00e9ter ses exp\u00e9riences sur des plantes \u00e0 fleur (dans ses pr\u00e9c\u00e9dant travaux il avait utilis\u00e9 des conif\u00e8res) ; il dut en conclure que la scission est bien longitudinale. Il obligea son \u00e9diteur \u00e0 interrompre la vente de Zellbildung und Zellteilung<\/i> et racheta, sur ses deniers, les exemplaires d\u00e9j\u00e0 vendus. Autre erreur de jugement : reprenant \u00e0 son compte la th\u00e8se du cytoblast\u00e8me expos\u00e9e par Schleiden dans l\u2019\u00e9dition de 1875 de \u00ab Zellbildung und Zellteilung<\/i> \u00bb, Strasburger conclut que lors de la division cellulaire le nouveau noyau \u00e9tait synth\u00e9tis\u00e9 de novo. C\u2019est la doctrine erron\u00e9e de la g\u00e9n\u00e9ration spontan\u00e9e des organites. Enfin, comme auteur, Strasburger d\u00e9tient un record de long\u00e9vit\u00e9 : son manuel de Botanique, publi\u00e9 en 1894, devint un \u00ab best seller<\/i> \u00bb dont les \u00e9ditions se succ\u00e9d\u00e8rent au XXe<\/sup> si\u00e8cle.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence :Strasburger EA Lehrbuch der Botanik f\u00fcr Hochschulen<\/i> (1894)<\/p>\n \n

L\u2019artisan de nos connaissances sur la mitose des cellules animales est Walther Flemming, professeur d\u2019Anatomie (Christian-Albrechts-Universit\u00e4t zu Kiel<\/i>). Il utilisait comme mat\u00e9riel exp\u00e9rimental la salamandre (Salamandra maculata<\/i>), plus particuli\u00e8rement les nageoires et les branchies dont certaines cellules poss\u00e8dent de volumineux noyaux. En 1879, il observe une substance dans le noyau qui fixe un colorant basique comme l\u2019aniline ; il invente le terme \u00ab chromatine \u00bb pour d\u00e9signer cette substance nucl\u00e9aire acide. En 1882, \u00e0 la suite d\u2019observations au microscope des cellules de larves de salamandre fix\u00e9es et color\u00e9es, il publie un ouvrage renfermant une s\u00e9rie de planches repr\u00e9sentant dans les moindres d\u00e9tails les \u00e9tapes de la division cellulaire \u2013 qu\u2019il renomme \u00ab mitose \u00bb par r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 l\u2019apparition de \u00ab filaments \u00bb. Il en a d\u00e9crit les trois grandes \u00e9tapes : (i) condensation de la chromatine \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur du noyau ; formation d\u2019un \u00ab peloton \u00bb de filaments entrelac\u00e9s. Fleming a \u00e9t\u00e9 l\u2019un des premiers \u00e0 observer et \u00e0 d\u00e9crire ces filaments de chromatine (ii)\u00ab dissolution \u00bb de la membrane nucl\u00e9aire ; regroupement dans le plan \u00e9quatorial de filaments plus courts et plus \u00e9pais ; formation au centre de la cellule d\u2019une \u00ab couronne \u00bb (\u00e9toile ou aster) de filaments align\u00e9s ; (iii) scission longitudinale et duplication des filaments ; s\u00e9paration des deux nouveaux filaments.Cette description d\u2019ensemble de la mitose est assez conforme \u00e0 la r\u00e9alit\u00e9, \u00e0 l\u2019exception d\u2019un fait capital qui a \u00e9chapp\u00e9 \u00e0 Fleming : la migration vers les p\u00f4les oppos\u00e9s de la cellule des deux nouveaux filaments. L\u2019existence du fuseau mitotique fut mentionn\u00e9e par de nombreux auteurs dont Fleming, comme Strasburger avant lui ; ils n\u2019en comprirent pas le r\u00f4le dans la division cellulaire. Le zoologiste Johan A.O. B\u00fcstchli, comme Oskar Hertwig croyaient que les filaments \u00e9taient le produit de la dilatation des fibres du fuseau mitotique. Le terme \u00ab chromosome \u00bb ne fut propos\u00e9 qu\u2019en 1888 par l\u2019anatomiste Heinrich W. Waldeyer. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Flemming W Beitr\u00e4ge zur Kenntniss der Zelle und ihrer Lebenserschemungen, Theil I<\/i> (1879)
\nFlemming W Kern und Zellteilung<\/i> (1882)
\nFlemming W Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung<\/i> (1885)<\/p>\n\n

Mitose<\/h3>\n \n\n\n\n\n\n\n\n
<\/th>\n<\/th>\n<\/tr>\n
prophase<\/td>\ncondensation de la chromatine en chromosomes<\/td>\n<\/tr>\n
pro-m\u00e9taphase<\/td>\ndisposition en aster des chromosomes<\/td>\n<\/tr>\n
m\u00e9taphase<\/td>\nformation de la plaque \u00e9quatoriale
\nalignement des paires de chromatides
\ndans le plan \u00e9quatorial du fuseau mitotique<\/td>\n<\/tr>\n
anaphase<\/td>\ndisposition en double \u00e9toile des chromatides
\nmigration vers les p\u00f4les du fuseau mitotique<\/td>\n<\/tr>\n
t\u00e9lophase<\/td>\ncondensation des paquets de chromatides
\nreconstruction du noyau<\/td><\/tr>\n<\/table>\n

<\/p>\n

R\u00e9f\u00e9rences : Balbiani, E.G Sur la structure du noyau des cellules salivaires chez les larves de Chironomus (1881)
\nFlemming W Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung<\/i> (1885)
\nStrasburger EA \u00dcber Zellbildung und Zelltheilung<\/i> (1876)
\nFlemming W Kern und Zellteilung<\/i> (1882)
\nB\u00fctschli JAO Studien \u00fcber die ersten Entwicklungsvorg\u00e4nge der Eizelle, die Zelltheilung und die Conjugation der Infusorien<\/i> (1876)
\nMayzel W Ueber eigenth\u00fcmliche Vorg\u00e4nge bei der Theilung der Kerne in Epithelialzellen<\/i> (1875)<\/span><\/p>\n \n

Commentaire additionnel.<\/b> Les remarquables progr\u00e8s des connaissances sur la division cellulaire n\u2019auraient sans doute pas \u00e9t\u00e9 possibles sans l\u2019am\u00e9lioration du pouvoir de r\u00e9solution des microscopes et la correction des divers types d\u2019aberrations qui limitent l\u2019usage des lentilles optiques. Comme je l\u2019ai dit dans la section \u00ab Microscopie optique \u00bb du chapitre \u00ab Outils \u00bb, en microscopie optique il y a un avant et un apr\u00e8s Giovanni Battista Amici. En 1844, cet astronome et microscopiste fit une tourn\u00e9e des capitales europ\u00e9ennes pour promouvoir son nouveau microscope d\u00e9pourvu d\u2019aberrations sph\u00e9rique et chromatique. Amici inventa en 1847 l\u2019immersion de l\u2019objectif dans une huile transparente. L\u2019augmentation d\u2019ouverture num\u00e9rique ainsi obtenue augmente le pouvoir de r\u00e9solution et la luminosit\u00e9 de l\u2019image. Des opticiens rivalisant de savoir-faire et d\u2019ing\u00e9niosit\u00e9 mirent \u00e0 la disposition des savants des instruments de plus en plus performants : Simon Pl\u00f6ssl, Georg Merz, Carl P.H. Pistor, Friedrich W. Schiek, Joseph Jackson Lister, Friedrich Edmund Hartnack\u2026 Pour rappel, c\u2019est vers la fin du XIXe<\/sup> si\u00e8cle que la limite de r\u00e9solution du microscope optique fut atteinte.<\/p>\n \n

Autre facteur ayant jou\u00e9 un r\u00f4le important : la mise au point de nouvelles m\u00e9thodes de coloration de la chromatine. L\u2019usage de colorants synth\u00e9tiques \u00e0 base d’aniline – d\u00e9couverte en 1826 par le chimiste Otto Unverdorben – a consid\u00e9rablement \u00e9largi les possibilit\u00e9s de colorer les constituants acides du noyau.<\/p>\n\n

Sous l\u2019\u00e9gide de son p\u00e8re, Pierre-Joseph van Beneden, professeur de Zoologie, Anatomie compar\u00e9e et Pal\u00e9ontologie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 Catholique de Louvain, le jeune \u00c9douard s\u2019int\u00e9ressa aux vers et \u00e0 leurs embryons ; il d\u00e9couvrit ainsi la \u00ab cellule-\u0153uf \u00bb d\u2019Ascaris megalocephala<\/i>. Disposant d\u2019un excellent microscope fabriqu\u00e9 \u00e0 Paris par Friedrich Edmund Hartnack \u2013 et Carl Zeiss pour l\u2019optique -, il observa en d\u00e9tail la morphologie de l\u2019\u0153uf, la f\u00e9condation et le d\u00e9but du d\u00e9veloppement embryonnaire. L\u2019Universit\u00e9 Catholique de Louvain ayant \u00e9cart\u00e9 sa candidature \u00e0 un poste de professeur de Physiologie, van Beneden occupa la chaire de Zoologie, Anatomie et Physiologie compar\u00e9es, puis d\u2019Embryologie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Li\u00e8ge. <\/p>\n \n

Comme mat\u00e9riel exp\u00e9rimental, van Beneden eut le coup de g\u00e9nie de choisir l\u2019\u0153uf d\u2019Ascaris megalocephala<\/i>, un vers n\u00e9matode qui parasite de l\u2019intestin des chevaux. Parmi les avantages, citons : (i) l\u2019ut\u00e9rus d\u00e9velopp\u00e9 de la femelle adulte se pr\u00eate \u00e0 la dissection, mettant en \u00e9vidence les organes sexuels ; (ii) les cellules somatiques deviennent transparentes apr\u00e8s un traitement appropri\u00e9 \u00e0 l\u2019alcool ; (iii) les cellules ne poss\u00e8dent qu\u2019un nombre r\u00e9duit de chromosomes (quatre chez Ascaris megalocephala<\/i> de la sous-esp\u00e8ce univalens<\/i>) ; (iv) les chromosomes sont bien individualis\u00e9s et conservent leurs caract\u00e8res morphologiques d\u2019une g\u00e9n\u00e9ration \u00e0 l\u2019autre. <\/p>\n \n

Une question taraudait les esprits : apr\u00e8s fusion entre un spermatozo\u00efde et un ovule, comment comprendre que le nombre de chromosomes reste stable et ne double pas \u00e0 chaque g\u00e9n\u00e9ration ? En 1883, van Beneden d\u00e9montre que l’ovule m\u00fbr et le spermatozo\u00efde ne contiennent que la moiti\u00e9 du nombre de chromosomes des cellules somatiques. Lors de la formation des gam\u00e8tes, les cellules reproductrices subissent une division sp\u00e9ciale, la m\u00e9iose, avec r\u00e9duction de moiti\u00e9 du nombre de chromosomes dans les noyaux des ovules et des spermatozo\u00efdes. Cette r\u00e9duction se fait par l\u2019expulsion hors de l\u2019\u0153uf du mat\u00e9riel chromosomique exc\u00e9dentaire par ce que van Beneden appelle les \u00ab corpuscules de rebut \u00bb (les globules polaires).<\/p>\n \n

L\u2019observation des \u00e9tapes de la p\u00e9n\u00e9tration du spermatozo\u00efde dans l\u2019ovule a men\u00e9 van Beneden sur la piste du m\u00e9canisme de la f\u00e9condation. Je rappelle que le noyau des cellules d\u2019Ascaris ne renferme qu\u2019un nombre restreint de chromosomes dont la morphologie caract\u00e9ristique permet de les reconna\u00eetre individuellement ; c\u2019est ainsi que van Beneden a d\u00e9couvert l\u2019haplo\u00efdie des noyaux des gam\u00e8tes (les pronuclei). La f\u00e9condation de l\u2019\u0153uf se fait par fusion du pronucl\u00e9us m\u00e2le et du pronucl\u00e9us femelle, ce qui restaure l\u2019haplo\u00efdie. Le patrimoine h\u00e9r\u00e9ditaire du futur embryon r\u00e9sulte d\u2019un apport \u00e0 parts \u00e9gales du m\u00e2le et de la femelle. Van Beneden a montr\u00e9 que le nombre de chromosomes par cellule est constant pour tous les individus d’une m\u00eame esp\u00e8ce. Avec son pr\u00e9parateur Adolphe Neyt, ils ont mis en \u00e9vidence le r\u00f4le du \u00ab corpuscule central \u00bb (le centrosome) dans la division cellulaire. Il se divise en deux corpuscules qui migrent aux p\u00f4les oppos\u00e9s de la cellule et organisent le fuseau mitotique.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Van Beneden E Recherches sur la maturation de l’\u0153uf, la f\u00e9condation et la division cellulaire (1883)
\nVan Beneden E, Neyt A Nouvelles recherches sur la f\u00e9condation et la division cellulaire chez l’Ascaride m\u00e9galoc\u00e9phale (1887)<\/p>\n \n

M\u00e9canisme de la division r\u00e9ductive des gam\u00e8tes (m\u00e9\u00efose).<\/b> La r\u00e9plication de l\u2019ADN chromosomique de la cellule-m\u00e8re donne naissance \u00e0 deux chromatides par chromosome. Au cours de la mitose, les chromatides-s\u0153urs provenant de chaque chromosome homologue demeurent li\u00e9es l\u2019une \u00e0 l\u2019autre au niveau d\u2019une structure nucl\u00e9oprot\u00e9ique appel\u00e9e \u00ab kin\u00e9tochore \u00bb jusqu\u2019au moment de leur s\u00e9paration et de leur migration vers les p\u00f4les oppos\u00e9s du fuseau mitotique. Au cours de la m\u00e9iose, les paires de chromatides provenant de deux chromosomes homologues s\u2019apparient, formant des groupes de quatre chromatides qui s\u2019alignent dans le plan \u00e9quatorial du fuseau mitotique. La cellule diplo\u00efde subit deux divisions successives (m\u00e9iose I et m\u00e9iose II) donnant naissance \u00e0 quatre gam\u00e8tes haplo\u00efdes, du moins pour les spermatozo\u00efdes. Pour les gam\u00e8tes femelles (ovules), la m\u00e9\u00efose I aboutit \u00e0 la production d\u2019un ovule et d\u2019un globule polaire (corps polaire) ; il en va de m\u00eame pour la m\u00e9\u00efose II. La division d\u2019un ovule diplo\u00efde m\u00e8ne in fine<\/i> \u00e0 la production d\u2019un pronucl\u00e9us haplo\u00efde et de deux ou trois globules polaires.<\/p>\n \n

\u00c9douard van Beneden eut en Theodor Boveri un successeur talentueux. En \u00e9tudiant la f\u00e9condation des \u0153ufs d\u2019oursins, Boveri arriva \u00e0 deux conclusions importantes. Les larves d’oursins dont les \u0153ufs ont \u00e9t\u00e9 f\u00e9cond\u00e9s par plusieurs spermatozo\u00efdes pr\u00e9sentent des malformations l\u00e9tales ; la r\u00e9partition des chromosomes de mani\u00e8re al\u00e9atoires entre cellules filles provoque des anomalies de d\u00e9veloppement chez les larves ; le r\u00e9sultat de ces exp\u00e9riences de polyspermie prouve que les chromosomes ne sont pas interchangeables ; chaque chromosome porte un lot distinct d\u2019instructions g\u00e9n\u00e9tiques.<\/p>\n \n

En 1887 et 1888, apr\u00e8s un examen attentif du comportement des chromosomes pendant le d\u00e9veloppement embryonnaire de l\u2019\u0153uf et les divisions des premi\u00e8res cellules (blastom\u00e8res), Boveri arriva \u00e0 la conclusion que le nombre et la morphologie des chromosomes restent inchang\u00e9s au cours de la division du noyau. L\u2019individualit\u00e9 des chromosomes est conserv\u00e9e \u00e0 l\u2019interphase, comme \u00e0 la mitose (m\u00eame si les chromosomes perdent leur forme condens\u00e9e et deviennent moins visibles) et au cours des divisions successives de la cellule. Lors de ses travaux sur les \u00ab facteurs h\u00e9r\u00e9ditaires \u00bb, Mendel avait \u00e9dict\u00e9 des lois de l’h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 ; la premi\u00e8re stipule que lors de la formation des gam\u00e8tes les deux copies d’un m\u00eame g\u00e8ne doivent se s\u00e9parer. Boveri fit remarquer que c\u2019est exactement ce qui se passe lors de la m\u00e9iose, telle qu\u2019il l\u2019a observ\u00e9e. La conclusion s\u2019impose d\u2019elle-m\u00eame : les chromosomes sont les supports physiques des facteurs particulaires. A la m\u00eame \u00e9poque, aux Etats-Unis, Walter Sutton arriva \u00e0 la m\u00eame conclusion. En 1902, la th\u00e9orie chromosomique de l’h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 de Sutton et Bovery est l\u2019acte de naissance de la g\u00e9n\u00e9tique et de la biologie mol\u00e9culaire. <\/p>\n \n

En 1888, Bovery fit une description d\u00e9taill\u00e9e du corpuscule central et lui donna le nom de centrosome. Il d\u00e9montra que c\u2019est un organite permanent et qu\u2019il est le \u00ab centre de division de la cellule \u00bb. Lors de la f\u00e9condation, c\u2019est le spermatozo\u00efde qui apporte un centrosome fonctionnel \u00e0 l’\u0153uf. La pr\u00e9sence de centrosomes d\u00e9fectueux ou un nombre anormal de chromosomes (aneuplo\u00efdie) sont cause d\u2019anomalies dans les cellules. Il a postul\u00e9 qu\u2019\u00e0 l\u2019origine des tumeurs canc\u00e9reuses, il y a une seule cellule avec des chromosomes anormaux, provoquant une prolif\u00e9ration hors de contr\u00f4le.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Boveri T Zellen-Studien II. Die Befruchtung und Reifung des Eies von Ascaris megalocephala<\/i> (1888)
\nBoveri T \u00dcber mehrpolige Mitosen als Mittel zur Analyse des Zellkerns<\/i> (1902)
\nBoveri T Zur Frage der Entstehung b\u00f6sartiger Geschw\u00fclste<\/i> (1914)<\/p>\n\n

\n

<\/a>Centrosome<\/b><\/span><\/h3>\n

Le centrosome est un organite subcellulaire unique, sans membrane, form\u00e9 d\u2019une paire de centrioles entour\u00e9s d\u2019un mat\u00e9riel p\u00e9ricentriolaire amorphe de nature prot\u00e9ique. Ce \u00ab centre organisateur des microtubules \u00bb exerce une triple fonction : (i) dans la division cellulaire (mitose et m\u00e9\u00efose) ; (ii) dans le transport intracellulaire ; (iii) dans la morphologie de la cellule animale (la cellule v\u00e9g\u00e9tale est d\u00e9pourvue de nucl\u00e9ole). Les microtubules sont des cylindres creux assemblant des dim\u00e8res de tubuline, dont la nucl\u00e9ation et l\u2019ancrage se fait \u00e0 partir du mat\u00e9riel p\u00e9ri-centriolaire. Les microtubules sont l\u2019un des trois composants du cytosquelette, avec les microfilaments d\u2019actine et les filaments interm\u00e9diaires. Lors de la division cellulaire, leur polym\u00e9risation donne naissance au fuseau mitotique bipolaire aux extr\u00e9mit\u00e9s duquel se trouve une \u00ab sph\u00e8re d\u2019attraction \u00bb (aster). Les chromosomes s\u2019accrochent par leur kin\u00e9tochore aux fibres du fuseau ; celui-ci assure l\u2019alignement des chromosomes dans le plan \u00e9quatorial, la migration des chromatides vers les p\u00f4les, et leur \u00e9gale r\u00e9partition entre les cellules-filles. Dans la cellule en interphase, les microtubules du centre organisateur servent de \u00ab rails \u00bb aux v\u00e9sicules assurant le transport ant\u00e9rograde de prot\u00e9ines et de lipides du r\u00e9ticulum endoplasmique \u00e0 la membrane plasmique, et le transport v\u00e9siculaire r\u00e9trograde de la membrane plasmique vers les compartiments membranaires internes. Les microtubules participent, avec les filaments d\u2019actine et les filaments interm\u00e9diaires, \u00e0 la constitution du cytosquelette, qui conf\u00e8re forme et polarit\u00e9 \u00e0 la cellule et qui, dans certains cas, lui permet de se d\u00e9placer.\n \n

Vers la fin du XIXe<\/sup> si\u00e8cle, la r\u00e9alit\u00e9 de l\u2019existence du centrosome fut mati\u00e8re \u00e0 d\u2019\u00e2pres d\u00e9bats ; pour certains, c\u2019\u00e9tait un artefact de fixation. En 1873, alors qu\u2019il \u00e9tudiait la fertilisation chez les \u0153ufs d’oursins et chez l\u2019\u00e9toile de mer Asteria glacialis<\/i>, le zoologiste Hermann Fol nota la pr\u00e9sence d\u2019un petit corps distinct au centre des asters. Il d\u00e9duisit de ses observations que ce \u00ab centre d’organisation \u00bb est l’organe dynamique de la division cellulaire. En p\u00e9n\u00e9trant dans l’ovule, le spermatozo\u00efde apporte son \u00ab centre de division \u00bb, qui se divise pour former les deux p\u00f4les du fuseau achromatique. Le centrosome ne fut r\u00e9ellement admis dans la panoplie des structures subcellulaires qu\u2019\u00e0 la suite des observations de Walther Flemming ; en 1875, il d\u00e9crivit la pr\u00e9sence d\u2019un petit corps dense au centre des asters qui apparaissent lors de la division des cellules de salamandre. Dans son ouvrage de 1882, il sugg\u00e9ra que ce petit corps est un organite permanent de la cellule et qu\u2019il a un comportement dynamique ; il se divise en deux avant la mitose pour former les deux p\u00f4les du fuseau.<\/p>\n \n

En 1875-1876, W.A. Oscar Hertwig a men\u00e9 une s\u00e9rie de travaux sur la f\u00e9condation de l\u2019\u0153uf d\u2019oursin (Toxopneustes lividus<\/i>) \u00e0 l\u2019issue desquels il a prouv\u00e9 que la f\u00e9condation consiste en la fusion des noyaux (syngamie) du spermatozo\u00efde et de l’ovule. Le pronoyau lib\u00e9r\u00e9 par le spermatozo\u00efde se d\u00e9place vers le noyau femelle guid\u00e9 par le centrosome. En plus d\u2019apporter le mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique compl\u00e9mentaire contenu dans le noyau m\u00e2le, le spermatozo\u00efde fournit le centre cin\u00e9tique n\u00e9cessaire \u00e0 la premi\u00e8re division de l’\u0153uf. Hertwig montra aussi que l’aster se divise en deux pour former les p\u00f4les du fuseau mitotique.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Fol H Sur les ph\u00e9nom\u00e8nes intimes de la division cellulaire (1877)
\nFol H Sur les ph\u00e9nom\u00e8nes intimes de la f\u00e9condation (1877)
\nFlemming W Sur la connaissance de la cellule et de ses ph\u00e9nom\u00e8nes de division (1878)
\nFlemming W Zellsubstanz, Kern und Zelltheilung<\/i> (1882)
\nHertwig WAO Beitr\u00e4ge zur Kenntniss der Bildung, Befruchtung und Theilung des thierischen Eies<\/i> (1876)
\nHertwig WAO Das Problem der Befruchtung und der Isotropie des Eies, eine Theorie der Vererbung<\/i> (1884)<\/p>\n \n\n\n\n\n
\"Cellule<\/td>\n<\/tr>\n
Cellule en mitose.<\/b> Pendant la phase S du cycle cellulaire, les deux centrioles se d\u00e9doublent. Au d\u00e9but de la division cellulaire, les deux nouveaux centrosomes s\u2019\u00e9loignent l\u2019un de l\u2019autre pour former les p\u00f4les du fuseau mitotique. Dans le plan \u00e9quatorial du fuseau, les paires de chromatides sont li\u00e9es aux microtubules du fuseau par leurs kin\u00e9tochores. Les chromatides se meuvent le long des microtubules du fuseau \u00e0 l\u2019aide de moteurs mol\u00e9culaires (dyn\u00e9ines et kin\u00e9sines) associ\u00e9s aux kin\u00e9tochores.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n \n

Une vive comp\u00e9tition a oppos\u00e9 \u00c9douard J.L.M. Van Beneden (Universit\u00e9 de Li\u00e8ge) et Theodor H. Boveri (Universit\u00e4t W\u00fcrzburg<\/i>) avec, \u00e0 la clef, des contestations sur la priorit\u00e9 des d\u00e9couvertes du r\u00f4le du centrosome. En 1876, Van Beneden et Adolphe Neyt \u00e9tudiaient les structures apparaissant au cours de la mitose de l\u2019\u0153uf ou des blastom\u00e8res du n\u00e9matode Ascaris megalocephala<\/i>. En 1887, ils identifi\u00e8rent \u00e0 proximit\u00e9 du noyau, une \u00ab sph\u00e8re d\u2019attraction \u00bb qui persiste pendant l\u2019interphase. Il la consid\u00e9ra comme un organite \u00e0 part enti\u00e8re des cellules, m\u00eame en dehors de la mitose. La sph\u00e8re d\u00e9rive par autor\u00e9plication d\u2019un corpuscule pr\u00e9existant ; sa division en deux corpuscules pr\u00e9c\u00e8de celle du noyau et l\u2019apparition des \u00ab filaments \u00bb (chromosomes). Van Beneden attribua au \u00ab corpuscule central \u00bb un r\u00f4le essentiel dans la division cellulaire (karyocin\u00e8se et cytodi\u00e9r\u00e8se). Des cellules, comme les neurones, qui ne se divisent pas, n\u2019ont pas de centrosome fonctionnel.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Van Beneden E Recherches sur la maturation de l\u2019\u0153uf, la f\u00e9condation et la division cellulaire (1883)
\nVan Beneden E, Neyt A Nouvelles recherches sur la f\u00e9condation et la division mitosique chez l\u2019Ascaride m\u00e9galoc\u00e9phale (1877)<\/p>\n \n

En \u00e9tudiant la f\u00e9condation et la division de l\u2019\u0153uf d\u2019Ascaris megalocephala<\/i>, Theodor Boveri observa la structure qui ne s\u2019appelait pas encore \u00ab centrosome \u00bb. Il d\u00e9crivit son comportement cyclique avant et pendant la prophase de la mitose et son d\u00e9doublement en se s\u00e9parant au cours de l\u2019anaphase et de la t\u00e9lophase. En 1888, l\u2019observation des centrosomes de grande taille pr\u00e9sents dans les \u0153ufs r\u00e9v\u00e9la la pr\u00e9sence d\u2019un granule dense que Boveri nomma \u00ab centriole \u00bb et de deux cylindres creux qu\u2019il appela \u00ab centriole-m\u00e8re \u00bb et \u00ab centriole-fille \u00bb, dispos\u00e9s \u00e0 angle droit l\u2019un par rapport \u00e0 l\u2019autre. La paroi des centrioles est form\u00e9e de microtubules arrang\u00e9s en triplets, g\u00e9n\u00e9ralement au nombre de neuf. Certains protistes, les cellules v\u00e9g\u00e9tales et des myc\u00e8tes sont d\u00e9pourvus de centrioles. En 1888, Theodor Boveri entreprit de faire une synth\u00e8se des donn\u00e9es issues des travaux et propose le terme \u00ab centrosome \u00bb pour l\u2019organite qu\u2019il consid\u00e9ra comme une structure ind\u00e9pendante et permanente des cellules, transmise aux cellules-filles lors de la division cellulaire. Les asters et les centres de division ne sont pas des structures \u00e9ph\u00e9m\u00e8res apparaissant \u00e0 chaque mitose, comme on le croyait. Bovery fit du centrosome le \u00ab centre dynamique de la cellule, le centre de division \u00bb autour duquel s\u2019organise la partition de l\u2019\u0153uf. Boveri a reconnu l\u2019ant\u00e9riorit\u00e9 d\u2019Hermann Fol dans la d\u00e9couverte des asters.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Boveri T Sur la contribution du spermatozo\u00efde \u00e0 la division de l\u2019ovule (1887)
\nBoveri T Zellen-Studien II: Die Befruchtung und Theilung des Eies von Ascaris megalocephala<\/i> (1888)
\nBoveri T Sur la nature des centrosomes . \u00c9tudes cellulaires (1900)<\/p>\n \n\n\n\n\n
\"Cellule<\/td>\n<\/tr>\n
Cellule en interphase.<\/b> Le centre organisateur des microtubules est un lieu de nucl\u00e9ation \u00e0 partir duquel se forment les microtubules. Ils s\u2019accrochent au centrosome par leur extr\u00e9mit\u00e9 (-) et s\u2019allongent par leur extr\u00e9mit\u00e9 (+) en recrutant les mol\u00e9cules de tubuline pr\u00e9sentes dans le cytosol. Le r\u00e9seau de microtubules (il n\u2019y en a g\u00e9n\u00e9ralement qu\u2019un seul par cellule) irradie dans tout le cytoplasme. Pour se d\u00e9placer, les organites subcellulaires se fixent sur des prot\u00e9ines motrices li\u00e9es aux microtubules.<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n \n

Dans la cellule en interphase, le centrosome organise l\u2019assemblage des mol\u00e9cules de tubuline en microtubules qui servent de \u00ab rails \u00bb aux v\u00e9sicules assurant le transport ant\u00e9rograde de prot\u00e9ines et de lipides du r\u00e9ticulum endoplasmique \u00e0 la membrane plasmique, et le transport v\u00e9siculaire r\u00e9trograde de la membrane plasmique vers les compartiments membranaires internes. Microtubules, filaments d\u2019actine et filaments interm\u00e9diaires constituent le cytosquelette qui conf\u00e8re forme et polarit\u00e9 \u00e0 la cellule et qui, dans certains cas, lui permet de se d\u00e9placer.<\/p>\n\n

Depuis la d\u00e9couverte des filaments (chromosomes), leur composition chimique\u2013 c\u2019est-\u00e0-dire in fine la nature du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique : acide thymonucl\u00e9ique ou prot\u00e9ines \u2013 a fait l’objet de vifs d\u00e9bats. Daniel Mazia et Lucena Jaeger (Department of zoology, University of Wisconsin<\/i>) ont abord\u00e9 ce probl\u00e8me en utilisant comme mat\u00e9riel exp\u00e9rimental les chromosomes g\u00e9ants des glandes salivaires de la mouche Drosophila melanogaster<\/i>. Un traitement des chromosomes polyt\u00e8nes par des nucl\u00e9ases entra\u00eene la perte de la coloration par le test de Feulgen-Rossenbeck (qui r\u00e9v\u00e8le la pr\u00e9sence de d\u00e9soxyribose), sans affecter la morphologie du chromosome. Par contre, un traitement par la trypsine provoque la d\u00e9sint\u00e9gration de son architecture lin\u00e9aire. Mazia et Jaeger ont r\u00e9alis\u00e9 une sorte de cartographie enzymatique des chromosomes afin d\u2019\u00e9tablir la r\u00e9partition \u2013 uniforme ou discontinue – des constituants : la sensibilit\u00e9 aux nucl\u00e9ases est maximale au niveau de l\u2019euchromatine des bandes sombres et faible au niveau de l\u2019h\u00e9t\u00e9rochromatine des bandes claires ; la r\u00e9activit\u00e9 \u00e0 la ninhydrine r\u00e9v\u00e8le que les prot\u00e9ines sont r\u00e9parties uniform\u00e9ment le long du chromosome. Les r\u00e9sultats de Mazia et Jaeger ont donn\u00e9 une image plus pr\u00e9cise de l\u2019architecture du chromosome : un squelette prot\u00e9ique sur lequel se fixe l\u2019acide nucl\u00e9ique avec des accumulations au niveau des bandes sombres.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Mazia D, Jaeger L Nuclease action, protease action and histochemical tests on salivary chromosomes of Drosophila<\/i> (1939)<\/p>\n \n

Tjorb\u00f6rn O. Caspersson (Nobel Institute for Cell Research, Karolinska Institutet, Stockholm<\/i>) avait comme sujet de dissertation doctorale la composition chimique du noyau. Il utilisa une nouvelle technique lui permettant de travailler sur cellules intactes : la microspectrophotom\u00e9trie ultraviolette – un microscope optique \u00e9quip\u00e9 d\u2019un spectrophotom\u00e8tre. En lumi\u00e8re ultraviolette, les bases puriques et pyrimidiques de l\u2019acide thymonucl\u00e9ique absorbent les UV \u00e0 une longueur d’onde de 260 nm. Les acides amin\u00e9s aromatiques (tyrosine, tryptophane) des prot\u00e9ines ont un pic d\u2019absorption \u00e0 280 nm. En \u00e9quipant le spectrophotom\u00e8tre d\u2019une optique en quartz (n\u2019absorbant pas le rayonnement ultraviolet), il put quantifier l\u2019acide thymonucl\u00e9ique, ce qui lui a permis de mettre en \u00e9vidence le doublement de la quantit\u00e9 d\u2019acide nucl\u00e9ique avant la division cellulaire (d\u00fb au doublement du nombre de chromosomes pendant la prophase de la mitose). Le fait d\u2019utiliser une approche cytochimique quantitative a permis \u00e0 Caspersson de d\u00e9montrer que la teneur en acide thymonucl\u00e9ique et en prot\u00e9ines du noyau et des chromosomes subissent des variations cycliques au cours de la mitose.<\/p>\n \n

Caspersson confirma les r\u00e9sultats de Daniel Mazia sur la r\u00e9partition de l\u2019acide thymonucl\u00e9ique entre les zones sombres des chromosomes g\u00e9ants d’insectes et sur la pr\u00e9sence de prot\u00e9ines associ\u00e9es \u00e0 l\u2019acide nucl\u00e9ique. Il a d\u00e9crit les chromosomes comme de longues cha\u00eenes polypeptidiques sur lesquelles viennent se fixer des mol\u00e9cules d’acide nucl\u00e9ique. Il a suivi par spectrophotom\u00e9trie l\u2019influence d\u2019un traitement par la trypsine sur la fraction prot\u00e9ique des chromosomes. Conform\u00e9ment au consensus g\u00e9n\u00e9ral dans les ann\u00e9es 1930, Caspersson conclut que les g\u00e8nes sont de nature prot\u00e9ique ; les prot\u00e9ines, avec leur vingt acides amin\u00e9s diff\u00e9rents, offrent le degr\u00e9 de complexit\u00e9 capable de coder l’information g\u00e9n\u00e9tique. Lors de la division cellulaire, l’acide thymonucl\u00e9ique jouerait le r\u00f4le de structure de soutien favorisant la polym\u00e9risation et la r\u00e9plication des g\u00e8nes prot\u00e9iques. L\u2019examen de coupes de tissus color\u00e9es au r\u00e9actif de Feulgen r\u00e9v\u00e9la un marquage dans le noyau et une faible r\u00e9action cytoplasmique. Jean Brachet (Universit\u00e9 libre de Bruxelles) montra que la basophilie du cytoplasme est due \u00e0 la pr\u00e9sence d\u2019acide zymonucl\u00e9ique ; la basophilie dispara\u00eet apr\u00e8s traitement \u00e0 la ribonucl\u00e9ase.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Caspersson TO \u00dcber den chemischen Aufbau der Strukturen des Zellkernes<\/i> (1936)
\nCaspersson TO, Schultz J Pentose Nucleotides in the Cytoplasm of Growing Tissues<\/i> (1939)
\nBrachet J Recherches sur la synth\u00e8se de l\u2019acide thymonucl\u00e9ique pendant le d\u00e9veloppement de l\u2019\u0153uf d\u2019oursin (1933)
\nBrachet J La localisation de l\u2019acide thymonucl\u00e9ique pendant l\u2019oog\u00e9n\u00e8se et la maturation chez les Amphibiens (1940)
\nBrachet J La localisation des acides pentosenucl\u00e9iques dans les tissus animaux et les \u0153ufs d\u2019Amphibiens en voie de d\u00e9veloppement (1941)<\/p>\n \n

Les premi\u00e8res tentatives de purification des noyaux remontent au XIXe<\/sup> si\u00e8cle (Friedrich Miescher, 1869, Burton, 1870). Dans cette entreprise on se heurte deux contraintes : (i) pousser au maximum le processus de purification des noyaux en \u00e9vitant la contamination par des prot\u00e9ines cytoplasmiques ; (ii) pr\u00e9server l\u2019int\u00e9grit\u00e9 de l\u2019enveloppe nucl\u00e9aire pour \u00e9viter la perte de nucl\u00e9oplasme. En 1932, Martin Behrens mit au point une m\u00e9thode en quatre \u00e9tapes : (i) cong\u00e9lation rapide des tissus ; (ii) lyophilisation ; (iii) homog\u00e9n\u00e9isation ; (iv) fractionnement en gradient de densit\u00e9 de solvants organiques. Le r\u00e9sultat fut d\u00e9cevant, en partie \u00e0 cause de l\u2019effet destructeur des solvants organiques sur l\u2019enveloppe nucl\u00e9aire (solubilisation des phospholipides). Behrens abandonna ses travaux en 1938 et le probl\u00e8me resta en suspens. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Behrens M Untersuchungen an isolierten Zell-und Gewebsbestandteilen. I. Mitteilung: Isolierung von Zellkernen des Kalbsherzmuskels<\/i> (1932)<\/p>\n \n

Pourtant, obtenir une pr\u00e9paration de noyaux purifi\u00e9s \u00e9tait une n\u00e9cessit\u00e9 si l\u2019on voulait distinguer les constituants du noyau de ceux du cytoplasme. Les acides nucl\u00e9iques sont-ils localis\u00e9s exclusivement dans le noyau ? Alexander Dounce (Department of Biochemistry and Pathology, University of Rochester<\/i>) isolait les noyaux dans de l’acide citrique dilu\u00e9, ce qui a pour inconv\u00e9nient d\u2019alt\u00e9rer ou d\u2019extraire certaines prot\u00e9ines nucl\u00e9aires. Les noyaux isol\u00e9s en milieu neutre sont fragiles ; l\u2019enveloppe nucl\u00e9aire a tendance \u00e0 se rompre et \u00e0 lib\u00e9rer des acides nucl\u00e9iques, provoquant des agglutinations. L\u2019usage de milieux d\u2019homog\u00e9n\u00e9isation contenant du saccharose n\u2019emp\u00eache pas la fuite de prot\u00e9ines nucl\u00e9aires. C\u2019est pourquoi, en 1952, Vincent G. Allfrey (Rockefeller Institute for Medical Research<\/i>) reprit la proc\u00e9dure de Behrens modifi\u00e9e, avec un milieu d\u2019homog\u00e9n\u00e9isation \u00e0 base de glyc\u00e9rol et de solvants non polaires. La teneur en prot\u00e9ines des noyaux ainsi obtenus \u00e9tait plus \u00e9lev\u00e9e qu\u2019avec les autres m\u00e9thodes et les prot\u00e9ines cytoplasmiques \u00e9taient largement exclues de la pr\u00e9paration purifi\u00e9e.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Dounce AL The Isolation and Composition of Cell Nuclei and Nucleoli<\/i> (1955)
\nDounce AL The isolation of nuclei from tumor cells<\/i> (1963)
\nAllfrey V, Stern H, Mirsky AE, Saetren H The isolation of cell nuclei in non-aqueous media<\/i> (1952)<\/p>\n \n

Rose M. Schneider et Mary L. Peterman (Sloan Kettering Institute for Cancer Research, New York<\/i>) ont montr\u00e9 que l\u2019addition de cations divalents (Ca2+<\/sup>) au milieu d\u2019homog\u00e9n\u00e9isation (une solution saline (NaCl) tamponn\u00e9e \u00e0 pH neutre) pr\u00e9serve l\u2019int\u00e9grit\u00e9 de l\u2019enveloppe nucl\u00e9aire et maintient son imperm\u00e9abilit\u00e9 aux macromol\u00e9cules. Le Ca2+<\/sup> rigidifie l\u2019enveloppe nucl\u00e9aire et emp\u00eache le gonflement et la lyse des noyaux. La m\u00e9thode de Schneider et Peterman a permis d’obtenir des noyaux tr\u00e8s purifi\u00e9s et dont la morphologie \u00e9tait bien pr\u00e9serv\u00e9e.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Schneider RM, Peterman ML Nuclei from normal and leukemic mouse spleen: I. The isolation of nuclei in neutral medium<\/i> (1950)<\/p>\n \n

Le contr\u00f4le de qualit\u00e9 des noyaux par examen au microscope \u00e9lectronique fut introduit, en 1960, par Georgii P. Georgiev et Yu S. Chentsov (Engelhardt Institute of Molecular Biology, USSR Academy of Sciences, Moscow<\/i>). L\u2019analyse des pr\u00e9parations purifi\u00e9es permit d\u2019\u00e9tablir la composition chimique des noyaux d\u2019une vari\u00e9t\u00e9 de tissus (foie, rein, thymus, rate cerveau, muscle) et de montrer qu\u2019en plus des prot\u00e9ines nucl\u00e9aires le noyau contient de l\u2019ADN et de l\u2019ARN.<\/p>\n\n

Les cellules eucaryotes poss\u00e8dent un ou plusieurs noyaux, \u00e0 l\u2019exception des globules rouges humains qui n\u2019en ont pas. La destruction au laser de cet organite ou son extraction par micromanipulation entra\u00eenent la mort rapide de la cellule. Le bon fonctionnement du noyau est indispensable \u00e0 la survie de la cellule ; il assure : (i) la s\u00e9gr\u00e9gation et le stockage du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique ; (ii) la duplication du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique avant la division cellulaire ; (iii) la copie du g\u00e9nome en ARN. Le noyau poss\u00e8de l\u2019\u00e9quipement enzymatique n\u00e9cessaire \u00e0 la r\u00e9plication du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique et \u00e0 son expression. L\u2019expression du g\u00e9nome comporte deux phases : (i) une \u00e9tape intranucl\u00e9aire de transcription des g\u00e8nes en ARN (ARNm, ARNt, ARNr et ARN de petite taille) ; (ii) une \u00e9tape extranucl\u00e9aire de traduction de l\u2019ARNm et de synth\u00e8se des prot\u00e9ines par les ribosomes cytosoliques libres ou li\u00e9s au r\u00e9ticulum endoplasmique. Les produits de traduction \u2013 prot\u00e9ines de structure et enzymes \u2013 assurent le fonctionnement, la diff\u00e9renciation, la division des cellules et leur adaptation aux variations de l\u2019environnement. Les \u00e9changes entre nucl\u00e9oplasme et cytoplasme se font \u00e0 travers les pores de l\u2019enveloppe nucl\u00e9aire : les ARN et les ribonucl\u00e9oprot\u00e9ines (en premier lieu les sous-unit\u00e9s ribosomiales) migrent du noyau vers le cytoplasme, tandis que les ADN polym\u00e9rases, ARN polym\u00e9rases, prot\u00e9ines t\u00e9lom\u00e9riques, histones et enzymes divers, synth\u00e9tis\u00e9es par les polysomes libres, migrent du cytosol vers le nucl\u00e9oplasme. Chez les Cili\u00e9s, des \u00eatres unicellulaires appartenant au groupe des Protistes, les fonctions de stockage et de duplication du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique sont assur\u00e9es par le micronucleus, et la synth\u00e8se des ARN se d\u00e9roule dans le macronucleus. Chez les procaryotes, d\u00e9pourvus de noyau, transcription et traduction se d\u00e9roulent dans le compartiment cellulaire.<\/p>\n \n

Le noyau est le d\u00e9positaire du patrimoine g\u00e9n\u00e9tique ; aujourd\u2019hui, personne ne songerait \u00e0 le mettre en doute ; ce ne fut pas toujours le cas. Noyau ou cytoplasme ? la question fit l\u2019objet d\u2019\u00e2pres d\u00e9bats. Carl von N\u00e4geli (professeur de Botanique, \u00c9cole Polytechnique F\u00e9d\u00e9rale et Universit\u00e9 de Zurich), \u00e9l\u00e8ve de Lorenz Oken – le pape de la Naturphilosophie<\/i> – et de Mathias Schleiden, soutenait que \u00ab le transmetteur hypoth\u00e9tique des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires \u00bb est l\u2019\u00ab idioplasme \u00bb, une portion particuli\u00e8re du cytoplasme qu\u2019il ne parvint jamais \u00e0 d\u00e9finir avec pr\u00e9cision. J\u2019ajoute que N\u00e4geli croyait aussi \u00e0 la g\u00e9n\u00e9ration spontan\u00e9e ! Dans les ann\u00e9es 1760, au cours d\u2019exp\u00e9riences d\u2019hybridation avec diverses esp\u00e8ces de plants de tabac (Nicotiana rustica<\/i>, Nicotiana paniculata<\/i>), le botaniste Joseph G. K\u00f6lreuter avait conclu que l\u2019ovule et le spermatozo\u00efde contribuent de mani\u00e8re \u00e9gale \u00e0 la transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires. Utilisant, comme le firent Oscar Hertwig ou Hermann Fol, l\u2019argument des tailles respectives du cytoplasme de l\u2019\u0153uf et du spermatozo\u00efde, il estimait que la transmission de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 ne pouvait pas incomber au cytoplasme ou, du moins, pas \u00e0 sa totalit\u00e9. Parmi un fatras de sp\u00e9culations plus fantaisistes les unes que les autres, Ernst Haeckel (professeur d\u2019Anatomie compar\u00e9e, Institut de Zoologie, Universit\u00e9 d\u2019I\u00e9na), propagateur du Darwinisme en Allemagne, tranchait en faveur du noyau, une opinion que partageait et soutenait Wilhelm Roux (professeur \u00e0 l\u2019Institut d\u2019Embryologie et de M\u00e9canique du D\u00e9veloppement, Universit\u00e9 de Breslau). Eduard Strasburger apporta en faveur de cette th\u00e8se un argument exp\u00e9rimental tir\u00e9 de l\u2019observation de la f\u00e9condation de l\u2019orchid\u00e9e : apr\u00e8s s\u2019\u00eatre fray\u00e9 un chemin \u00e0 travers le pistil d\u2019Orchis latifolia<\/i>, le tube pollinique, parvenu au contact du sac embryonnaire, \u00e9jecte un noyau.<\/p>\n \n

Oskar W.A. Hertwig (Medizinischen Fakult\u00e4t f\u00fcr Anatomie<\/i>, Jena, puis Anatomische Institut<\/i>, Berlin) fut le premier \u00e0 dire que la nucl\u00e9ine de Friedrich Miescher est le mat\u00e9riel h\u00e9r\u00e9ditaire (1884-1885). A l\u2019\u00e9poque o\u00f9 Hertwig entreprend ses recherches sur le processus de la fertilisation, l\u2019une des th\u00e9ories en vogue est que le spermatozo\u00efde entre en contact avec l\u2019\u0153uf et lui transmet des \u00ab vibrations \u00bb, ce qui d\u00e9clenche le processus. Hertwig va d\u00e9crire le processus r\u00e9el apr\u00e8s avoir d\u00e9couvert l\u2019usage que l\u2019on peut faire de l\u2019\u0153uf d\u2019oursin comme mat\u00e9riel exp\u00e9rimental ; sa transparence lui permit d\u2019observer au microscope l\u2019entr\u00e9e d\u2019un seul spermatozo\u00efde dans l\u2019\u0153uf et sa fusion avec le noyau. Cyrus H. Fiske et Yellagaprada Subbarow, dans le d\u00e9partement d\u2019Otto Folin (Harvard Medical School<\/i>), et H. Karl H.A. Lohman (assistant d\u2019Otto F. Meyerhof, puis professeur de Chimie Physiologique, Humbold Universit\u00e4t<\/i>, Berlin) montr\u00e8rent que le phosphate pr\u00e9sent dans le tissu musculaire appartient \u00e0 des compos\u00e9s phosphor\u00e9s : l\u2019ad\u00e9nosine triphosphate, ou ATP, et la phosphocr\u00e9atine. Le r\u00f4le de l\u2019ATP – que Lohman appelait \u00ab ad\u00e9nylpyrophosphate \u00bb – fut d\u00e9crit par lui en 1934. Le r\u00f4le de l\u2019ATP dans les \u00e9changes \u00e9nerg\u00e9tiques fut \u00e9lucid\u00e9 par Otto H. Warburg, Fritz Meyerhof et Fritz A. Lipmann, en 1937 et 1938. L\u2019ADN contient un nucl\u00e9otide apparent\u00e9 \u00e0 l\u2019ATP ; on lui attribua la fonction de r\u00e9serve de nucl\u00e9otides \u00e0 usage \u00e9nerg\u00e9tique pour les cellules.<\/p>\n \n

Un autre d\u00e9bat opposa les tenants de la \u00ab division directe \u00bb du noyau par \u00e9tranglement, comme Rudolf Virchow ou Robert Remak, \u00e0 ceux de la \u00ab division indirecte \u00bb, avec partition longitudinale et migration des chromosomes. Wilhelm Roux (professeur d\u2019Anatomie, Universit\u00e4t Innsbruck<\/i>) choisit la seconde option en faisant valoir que le mat\u00e9riel nucl\u00e9aire, tel qu\u2019on peut l\u2019observer au microscope, est r\u00e9parti de mani\u00e8re h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne ; dans le cas de la division directe, cette h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9 emp\u00eacherait une \u00e9gale r\u00e9partition quantitative et qualitative du mat\u00e9riel h\u00e9r\u00e9ditaire.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : K\u00f6lreuter JG Vorl\u00e4ufige Nachricht von einigen, das Geschlecht der Pflanzen betreffenden Versuchen und Beobachtungen<\/i> (1761)
\nHaeckel E Allgemeine Anatomie<\/i> (1866)
\nFiske CH, SubbaRow Y The Colorimetric Determination of Phosphorus<\/i> (1925). Cet article est l\u2019un des plus cit\u00e9s de la litt\u00e9rature scientifique.
\nFiske CH, SubbaRow The Nature of the \u201cInorganic Phosphate\u201d in voluntary muscle<\/i> (1927)
\nFiske CH, SubbaRow Y Phosphorus Compounds of Muscle and Liver<\/i> (1929)
\nLohmann K \u00dcber die Pyrophosphatfraktion im Muskel<\/i> (1929)<\/span><\/p>\n

Des \u00ab facteurs particulaires \u00bb aux chromosomes<\/b><\/span><\/h3>\n

\u00ab \u2026 de ces recherches,\u2026 il d\u00e9coule au moins un r\u00e9sultat certain, et ce r\u00e9sultat, c\u2019est l\u2019existence d\u2019une substance h\u00e9r\u00e9ditaire, d\u2019un v\u00e9hicule mat\u00e9riel des tendances h\u00e9r\u00e9ditaires, et le fait que cette substance est contenue dans le noyau de la cellule germinative et dans cette partie du filament nucl\u00e9aire qui, \u00e0 certains moments, rev\u00eat la forme d\u2019anses ou de baguettes courtes. \u00bb<\/i><\/p>\n

Auguste Weismann<\/i><\/p>\n

L\u2019histoire de la d\u00e9couverte de Johan Mendel (Gregor en religion) est connue. En bref, il entreprit en 1856 la culture de pois dans le jardin botanique de son monast\u00e8re, \u00e0 Brno, en Autriche, et fit une \u00e9tude statistique du mode de transmission d\u2019une g\u00e9n\u00e9ration \u00e0 la suivante de caract\u00e8res organoleptiques \u00ab dominants \u00bb (graines lisses, graines de couleur jaune, etc\u2026) et \u00ab r\u00e9cessifs \u00bb (graines rid\u00e9es, graines de couleur verte, etc\u2026). Les r\u00e9sultats de ces travaux l\u2019amen\u00e8rent \u00e0 formuler l\u2019hypoth\u00e8se que les caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires sont d\u00e9termin\u00e9s par des \u00ab unit\u00e9s discr\u00e8tes \u00bb, des \u00ab facteurs particulaires \u00bb, transmissibles individuellement des parents \u00e0 leur descendance, en conservant leur int\u00e9grit\u00e9. Il nota que les caract\u00e8res r\u00e9cessifs disparaissent chez les hybrides de premi\u00e8re g\u00e9n\u00e9ration mais r\u00e9apparaissent chez les hybrides de seconde g\u00e9n\u00e9ration. Mendel pr\u00e9senta ses r\u00e9sultats en f\u00e9vrier et en mars 1865 aux membres de la Soci\u00e9t\u00e9 d\u2019histoire naturelle de Br\u00fcnn et publia, en 1866, un m\u00e9moire dans les Verhandlungen des Naturforschenden Vereines in Br\u00fcnn<\/i>.<\/p>\n\n

R\u00e9f\u00e9rence : Mendel G Versuche \u00fcber Pflanzenhybriden<\/i> (1866)<\/p>\n \n

A propos de la d\u00e9couverte par Mendel des lois sur la transmission des caract\u00e8res organoleptiques chez les plantes, deux questions se posent : (i) Pourquoi a-t-il r\u00e9ussi l\u00e0 o\u00f9 tant d\u2019autres avant lui avaient \u00e9chou\u00e9 ? Pour ne citer qu\u2019un exemple, le botaniste Josef G. K\u00f6lreuter (Acad\u00e9mie Imp\u00e9riale des Sciences, Saint-P\u00e9tersbourg) avait, dans les ann\u00e9es 1760, men\u00e9 sans r\u00e9el succ\u00e8s de nombreuses exp\u00e9riences d\u2019hybridation avec Nicotiana<\/i>. (ii) Pourquoi la publication de 1866 tomba-t-elle dans l\u2019oubli pendant trente-cinq ans ? A la premi\u00e8re question, l\u2019on peut r\u00e9pondre que le succ\u00e8s de Mendel tient en grande partie au choix judicieux, et en partie involontaire, du mat\u00e9riel exp\u00e9rimental : des vari\u00e9t\u00e9s pures de pois obtenues apr\u00e8s une s\u00e9rie d\u2019autof\u00e9condations. Les descendants \u00e9taient semblables aux parents et ne variaient entre eux que par un nombre limit\u00e9 de caract\u00e8res organoleptiques, pr\u00e9sents sous deux formes : graine lisse ou graine rid\u00e9, graine jaune ou graine verte, etc, ce qui permettait de suivre ais\u00e9ment le passage d\u2019un caract\u00e8re d\u2019une g\u00e9n\u00e9ration \u00e0 la suivante. En outre, un heureux hasard voulut que les g\u00e8nes \u00e9tudi\u00e9s par Mendel soient localis\u00e9s sur des chromosomes diff\u00e9rents. Enfin, en suivant \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Vienne les cours de statistiques du physicien et math\u00e9maticien Christian J. Doppler, Mendel fut en mesure de pr\u00e9senter ses r\u00e9sultats de mani\u00e8re analytique. Il est plus difficile d\u2019apporter une r\u00e9ponse \u00e0 la seconde question. Lorsqu\u2019en 1865 Mendel pr\u00e9senta ses r\u00e9sultats il est plus que probable que rares furent les membres de la Soci\u00e9t\u00e9 d\u2019histoire naturelle de Br\u00fcnn qui en comprirent la port\u00e9e. Mendel envoya des copies de son m\u00e9moire \u00e0 des botanistes de renom parmi lesquels Carl W. von N\u00e4geli (Universit\u00e9 de Munich) ; celui-ci lui envoya une lettre de remerciement et lui sugg\u00e9ra de proc\u00e9der \u00e0 une v\u00e9rification exp\u00e9rimentale de ses lois sur la piloselle (Hieracium<\/i>). Au moment o\u00f9 il re\u00e7oit le m\u00e9moire de Mendel, N\u00e4geli r\u00e9dige un ouvrage (paru en 1884) exposant sa fumeuse th\u00e9orie m\u00e9canico-physiologique de la descendance et sa non moins fumeuse conception du r\u00f4le de l\u2019\u00ab idioplasme \u00bb dans la transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : von N\u00e4geli CW Mechanisch-physiologische Theorie der Abstammungslehre<\/i> (1884)<\/p>\n \n

Les lois de Mendel s\u2019appliquent \u00e0 la r\u00e9partition des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires chez les plantes. Plus tard, William Bateson (University of Cambridge<\/i>), le promoteur de l\u2019emploi du terme \u00ab g\u00e9n\u00e9tique \u00bb, et Lucien C.M.J. Cu\u00e9not, (professeur de Zoologie \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Nancy) montr\u00e8rent qu\u2019elles s\u2019appliquent aussi au monde animal. <\/p>\n \n

Les lois de Mendel furent red\u00e9couvertes \u00e0 la fin du XIXe<\/sup> si\u00e8cle. Hugo M. de Vries (professeur de Botanique, Universit\u00e9 d\u2019Amsterdam) entreprit, en 1880, des travaux sur l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 des plantes (\u0153noth\u00e8re, Lychnis, Solanum, Datura, Ch\u00e9lidoine, Pavot, \u2026). En 1859, Charles Darwin avait fait para\u00eetre chez l\u2019\u00e9diteur John Murray, \u00e0 Londres, son c\u00e9l\u00e8bre ouvrage sur l\u2019origine des esp\u00e8ces. Selon lui, l\u2019\u00e9volution \u00e9tait un ph\u00e9nom\u00e8ne lent, graduel, progressif : \u00ab la nature ne fait pas de sauts \u00bb, avait-il coutume de dire. Ce n\u2019est pas tout \u00e0 fait exact\u2026 elle en fait parfois, comme allait le montrer de Vries avec la d\u00e9couverte des \u00ab mutations \u00bb. Comme Mendel, de Vries fit le choix du bon mat\u00e9riel exp\u00e9rimental : l\u2019\u0153noth\u00e8re \u00e0 grandes fleurs ou \u0153noth\u00e8re de Lamarck (Oenothera lamarckiana<\/i>). Parmi les milliers de plants de primev\u00e8re mis en culture, il observa l\u2019apparition d\u2019un petit nombre d\u2019individus (moins de 1\/1.000) dont les caract\u00e8res organoleptiques \u00e9taient diff\u00e9rents de ceux de leurs parents : des plantes naines ou \u00e0 grandes feuilles. Ces individus, mis en culture, transmettent les nouveaux caract\u00e8res \u00e0 leur descendance. De Vries aboutit \u00e0 la conclusion que, lors du passage d\u2019une g\u00e9n\u00e9ration \u00e0 la suivante, des variations brusques affectent la transmission \u00e0 la descendance de \u00ab particules \u00e9l\u00e9mentaires d\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 \u00bb, qu\u2019il appela \u00ab pang\u00e8nes \u00bb ; il donna \u00e0 ces changements le nom de \u00ab mutations \u00bb. Vers 1899, ayant obtenu dans ses croisements des ratios de type 3:1 il d\u00e9cida de publier ses r\u00e9sultats sur la transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires. C’est en cherchant dans la litt\u00e9rature des articles qui puissent corroborer ses r\u00e9sultats qu’il d\u00e9couvrit le m\u00e9moire de Mendel. En mars 1900, il publia une note en fran\u00e7ais, \u00e0 l’Acad\u00e9mie des sciences de Paris, en omettant de citer Mendel.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Darwin C On the origin of species by means of natural selection, or preservation of favoured races in the struggle for life<\/i> (1859)
\nde Vries HM Intracellulare Pangenesis<\/i> (1889)
\nde Vries HM Sur la loi de disjonction des hybrides (1900)<\/p>\n \n

Dans un second article, publi\u00e9 en allemand en 1900, De Vries fut contraint de faire r\u00e9f\u00e9rence \u00e0 Mendel. Ce comportement vertueux lui fut impos\u00e9 par la lecture de l\u2019article de Carl F.J.E. Correns (Universit\u00e4t T\u00fcbingen). En travaillant sur les croisements de ma\u00efs et de pois, Correns \u00e9tait parvenu aux m\u00eames r\u00e9sultats statistiques que De Vries. Lorsqu’il lut la note que celui-ci avait publi\u00e9 en mars 1900, il r\u00e9alisa que De Vries s’\u00e9tait appropri\u00e9 la d\u00e9couverte de Mendel. Correns, publia en avril 1900, un article avec, dans le titre, le nom du d\u00e9couvreur des lois de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9. Lorsqu\u2019il \u00e9tait \u00e9tudiant \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Munich, Correns avait eu von N\u00e4geli comme professeur ; ce dernier lui aurait-il signal\u00e9 le m\u00e9moire du moine de Br\u00fcnn dont il avait re\u00e7u une copie\u2026 trente-cinq ans plus t\u00f4t ? <\/p>\n \n

Les lois de la transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires furent red\u00e9couvertes par Erich von Tschermak-Seysenegg (Acad\u00e9mie d\u2019Agriculture de Vienne), un jeune agronome de 29 ans. Il n\u2019est pas s\u00fbr qu\u2019il en ait saisi la port\u00e9e th\u00e9orique universelle ; ses exp\u00e9riences de croisement sur les pois avaient un but pratique : am\u00e9liorer les rendements. Il prit connaissance du m\u00e9moire de Mendel alors qu\u2019il pr\u00e9parait sa th\u00e8se de doctorat. La date de publication de son article est juin 1900. Le grand-p\u00e8re de Tschermak, l\u2019illustre botaniste Eduard Fenzl, avait eu Johan Mendel comme \u00e9tudiant.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Correns CFJE G. Mendels Regel \u00fcber das Verhalten der Nachkommenschaft der Rassenbastarde (1900)
\nTschermak E von \u00dcber k\u00fcnstliche Kreuzung bei Pisum sativum (1900)<\/p>\n \n

Certains consid\u00e8rent A. Friedrich L. Weismann (Institut f\u00fcr Zoologie, Universit\u00e4t Freibourg<\/i>) comme l\u2019\u00e9volutionniste le plus important du XIXe<\/sup> si\u00e8cle apr\u00e8s Charles Darwin. Plus th\u00e9oricien que exp\u00e9rimentateur (il perdit progressivement la vue), Weissman proposa, en 1885, une th\u00e9orie de la transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires qui attribue un r\u00f4le majeur aux cellules germinales ; le \u00ab plasma germinatif \u00bb (Keimplasma<\/i>) du spermatozo\u00efde et de l\u2019\u0153uf constitue le mat\u00e9riel h\u00e9r\u00e9ditaire et il est localis\u00e9 le noyau. Le travail de Walter S. Sutton, un brillant \u00e9tudiant de Columbia University<\/i>, portait sur les cellules somatiques. Dans les deux articles qu\u2019il publia en 1902 et 1903 il \u00e9tablit un lien entre les lois de Mendel et l\u2019hypoth\u00e8se chromosomique de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 en montrant qu\u2019il existe des similitudes entre le comportement des chromosomes au cours de la division cellulaire et celui des facteurs mend\u00e9liens de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9.<\/p>\n \n

Clarence E. McClung (Professor of Biology, University of Pennsylvania<\/i>) utilisait comme mat\u00e9riel exp\u00e9rimental des sauterelles ; ces insectes ont des spermatogonies de grande taille, faciles \u00e0 observer au microscope optique ; les chromosomes, visibles lors de la division cellulaire, sont facilement reconnaissables individuellement. A partir de ce mat\u00e9riel, McClung identifia un chromosome pr\u00e9sent dans la moiti\u00e9 seulement des cellules germinales ; il en d\u00e9duisit que ce chromosome devait d\u00e9terminer le sexe ; pour la premi\u00e8re fois, un lien \u00e9tait \u00e9tabli entre un chromosome et un caract\u00e8re ph\u00e9notypique. En 1898, Sutton entreprit sa th\u00e8se de doctorat sous la direction de McClung, sur la formation des gam\u00e8tes chez la sauterelle Brachystola magna<\/i>. Dans l\u2019\u00e9pith\u00e9lium s\u00e9minif\u00e8re, les spermatogonies (diplo\u00efdes) se transforment successivement en spermatocytes, spermatides et spermatozo\u00efdes (haplo\u00efdes). Brachystola<\/i> poss\u00e8de onze chromosomes morphologiquement diff\u00e9rents, dont le chromosome accessoire de McClung. Ces diff\u00e9rences de morphologie traduisaient des diff\u00e9rences qualitatives entre les chromosomes. Sutton poursuivit son travail dans le laboratoire d\u2019Edmund B. Wilson (Professor of Zoology, Columbia University<\/i>), co-d\u00e9couvreur avec Nettie Stevens (Bryn Mawr College<\/i>) des chromosomes sexuels XY, chez les m\u00e2les, et XX, chez les femelles.<\/p>\n \n

Sutton montra que le mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique des cellules somatiques de Brachystola<\/i>, se pr\u00e9sentent sous forme de paires de chromosomes homologues ; ils gardent leur int\u00e9grit\u00e9 \u00e0 travers les divisions cellulaires et se r\u00e9partissent de mani\u00e8re ind\u00e9pendante dans les cellules filles. Sutton avan\u00e7a l\u2019id\u00e9e que les \u00ab facteurs particulaires \u00bb de Mendel (que Sutton appelait \u00ab g\u00e8nes \u00bb) sont localis\u00e9s sur les chromosomes. Les travaux de Sutton sur la m\u00e9\u00efose dans les cellules germinales en font le pionnier de la cytog\u00e9n\u00e9tique, une branche de la biologie appel\u00e9e \u00e0 un grand d\u00e9veloppement au cours du XXe<\/sup> si\u00e8cle. Il montra que la r\u00e9partition des chromosomes parentaux entre les cellules germinales, leur association par paires et leur s\u00e9paration au cours de la r\u00e9duction chromatique corroborent les conceptions mend\u00e9liennes sur la s\u00e9gr\u00e9gation des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires ; elles seraient l\u2019expression physique de la mani\u00e8re al\u00e9atoire dont se r\u00e9partissent les g\u00e8nes entre cellules filles. Alors qu\u2019il semblait promis \u00e0 une brillante carri\u00e8re universitaire, Sutton abandonna la recherche \u2013 il n\u2019acheva pas son doctorat -, se tourna vers les \u00e9tudes de m\u00e9decine et devint chirurgien \u00e0 Kansas City. On ne peut que le regretter. Cruelle ironie du sort pour un chirurgien : il mourut \u00e0 39 ans des suites d\u2019une banale appendicite. Sa th\u00e9orie chromosomique de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 \u00e9tait pr\u00e9monitoire et rejoignait celle formul\u00e9e par Theodor Boveri \u00e0 la suite de ses travaux sur l\u2019embryogen\u00e8se de l\u2019\u0153uf d\u2019oursin. Pourtant, l\u2019accueil dans les milieux scientifiques de ce que nous appelons aujourd\u2019hui la \u00ab th\u00e9orie chromosomique de Sutton-Bovery \u00bb fut mitig\u00e9 pour ne pas dire sceptique ; Wilson lui-m\u00eame eut du mal \u00e0 la comprendre et \u00e0 en appr\u00e9cier la port\u00e9e. En 1902, Sutton avait re\u00e7u une le\u00e7on de mend\u00e9lisme lors du passage \u00e0 New York de William Bateson (John Innes Institute, London<\/i>). Surnomm\u00e9 \u00ab The great prophet of Mendelism<\/i> \u00bb, Bateson avait traduit en anglais la publication de Mendel et s\u2019\u00e9tait fait le propagandiste de la th\u00e9orie mend\u00e9lienne de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 au cours de conf\u00e9rences et de tourn\u00e9es des laboratoires. Faisant preuve d\u2019un surprenant manque de clairvoyance, Bateson et Thomas Hunt Morgan furent parmi ceux qui rejet\u00e8rent le plus cat\u00e9goriquement la th\u00e9orie de Sutton.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Weismann AFL Die Continuit\u00e4t des Keimplasmas als Grundlage einer Theorie der Vererbung<\/i> (1885)
\nMcClung CE The accessory chromosome-sex determinant<\/i> (1902)
\nStevens NM Studies in Spermatogenesis, with Especial Reference to the \u2018Accessory Chromosome\u2019<\/i> (1905)
\nStevens NM (1906) Studies in Spermatogenesis Part II, A Comparative Study of Heterochromosomes in certain Species of Coleoptera, Hemiptera, and Lepidoptera with Especial Reference to Sex Determination<\/i> (1906)
\nSutton WS On the Morphology of the Chromosome Group in Brachystola magna<\/i> (1902)
\nSutton WS The chromosomes in heredity<\/i> (1903)<\/span><\/p>\n \n

Note : L\u2019article publi\u00e9 en 1903 par Walter Stanborough Sutton est devenu un \u00ab classique \u00bb de la G\u00e9n\u00e9tique.<\/span><\/p>\n

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Les erreurs inn\u00e9es du m\u00e9tabolisme<\/b><\/span><\/h3>\n

Archibald E. Garrod (Regius professor of Medicine, University of Oxford<\/i>) \u00e9tait un brillant clinicien : il accomplit une \u0153uvre remarquable en \u00e9tablissant le lien entre facteurs particulaires mend\u00e9liens (les g\u00e8nes) et enzymes. Garrod n\u2019\u00e9tait pas destin\u00e9 \u00e0 devenir m\u00e9decin comme son p\u00e8re ; celui-ci souhaitait le voir faire carri\u00e8re dans les affaires mais devant les aptitudes intellectuelles du jeune \u00e9tudiant ses ma\u00eetres l\u2019orient\u00e8rent vers la facult\u00e9 de m\u00e9decine de l\u2019Universit\u00e9 d\u2019Oxford. Garrod p\u00e8re s\u2019\u00e9tait distingu\u00e9 dans l\u2019\u00e9tude de la goutte en utilisant une approche chimique pour comprendre le m\u00e9canisme d\u2019accumulation d\u2019acide urique dans les articulations. Garrod fils lui embo\u00eeta le pas en s\u2019int\u00e9ressant \u00e0 une maladie h\u00e9r\u00e9ditaire au cours de laquelle l\u2019urine des patients, expos\u00e9e \u00e0 l\u2019air, prend une coloration rouge fonc\u00e9. Les sujets d\u00e9veloppent une forme d\u2019arthrite invalidante et sont atteints d\u2019une anomalie m\u00e9tabolique impliquant l\u2019acide amin\u00e9 tyrosine ; chez le sujet normal, son catabolisme conduit \u00e0 la formation d\u2019alcaptone ou acide homogentisique ; chez les patients, ce catabolite est produit \u00e0 un taux anormalement \u00e9lev\u00e9 et passe du sang dans l\u2019urine des patients ; son oxydation est responsable de la coloration des urines. Garrod collecta les urines des patients et des membres de leur entourage, nota soigneusement leurs caract\u00e8res organoleptiques et se livra \u00e0 des enqu\u00eates familiales (on dirait aujourd\u2019hui des enqu\u00eates \u00e9pid\u00e9miologiques). En 1902, il publia ses r\u00e9sultats dans The Lancet<\/i>. Converti au Mend\u00e9lisme par William Bateson, Garrod conclut que l\u2019alcaptonurie est une maladie h\u00e9r\u00e9ditaire r\u00e9cessive dans laquelle un enzyme du m\u00e9tabolisme de la tyrosine est d\u00e9fectueux. La maladie affecte les individus homozygotes pour l\u2019all\u00e8le (r\u00e9cessif) du g\u00e8ne. Trop audacieuse pour l\u2019\u00e9poque, cette hypoth\u00e8se ne rencontra que peu d\u2019\u00e9chos dans la communaut\u00e9 scientifique. Loin de se d\u00e9courager, Archibald Garrod \u00e9tudia d\u2019autres maladies m\u00e9taboliques h\u00e9r\u00e9ditaires, comme la cystinurie, la pentosurie, et l\u2019albinisme. Dans son c\u00e9l\u00e8bre ouvrage, publi\u00e9 en 1923 (une r\u00e9\u00e9dition de son article de 1909), il d\u00e9finit un champ nouveau de la pathologie : celui des erreurs inn\u00e9es du m\u00e9tabolisme. Il formula l\u2019hypoth\u00e8se que les g\u00e8nes ont un impact biochimique en contr\u00f4lant l\u2019activit\u00e9 des enzymes. La mutation d\u2019un g\u00e8ne peut entra\u00eener l\u2019inactivation ou l\u2019absence de l\u2019enzyme cod\u00e9 par ce g\u00e8ne, ou l\u2019alt\u00e9ration de son fonctionnement normal.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Garrod AE The Incidence of Alkaptonuria : A Study of Chemical Individuality<\/i> (1902)
\nGarrod AE Inborn errors of metabolism<\/i> (1909, 1923)
\nGarrod AE The Inborn Factors of Disease<\/i> (1931)<\/span><\/p>\n

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Thomas H. Morgan : Naissance de la G\u00e9n\u00e9tique exp\u00e9rimentale<\/b><\/span><\/h3>\n

Au d\u00e9but de sa carri\u00e8re universitaire, Thomas Hunt Morgan \u00e9tait un mutationniste dans la ligne d\u2019Hugo de Vries. Les id\u00e9es de ce botaniste, qui d\u00e9couvrit en 1900 la publication de Mendel, allaient dans le sens de la th\u00e9orie de l\u2019\u00e9volution en offrant une explication \u00e0 l\u2019apparition de nouvelles esp\u00e8ces. Par contre, Morgan affichait un certain scepticisme vis \u00e0 vis de la th\u00e9orie mend\u00e9lienne sur la transmission des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires et \u00e0 fortiori, comme je l\u2019ai dit plus haut, de la th\u00e9orie chromosomique de Sutton-Bovery. C\u2019est donc dans un esprit critique qu\u2019il d\u00e9cida d\u2019examiner les conclusions d\u2019Archibald Garrod sur la relation suppos\u00e9e entre g\u00e8nes et enzymes.<\/p>\n \n

A la base du succ\u00e8s de Morgan, il y a le choix d\u2019un mat\u00e9riel exp\u00e9rimental simple, particuli\u00e8rement bien adapt\u00e9e \u00e0 l\u2019\u00e9tablissement de corr\u00e9lations entre caract\u00e8res ph\u00e9notypiques et g\u00e8nes : la mouche du vinaigre, Drosophila melanogaster<\/i>, avait d\u00e9j\u00e0 fait son entr\u00e9e dans la panoplie exp\u00e9rimentale sous l\u2019\u00e9gide de Charles W. Woodworth (Entomology Department, University of California, Berkeley<\/i>). Drosophila<\/i> a un g\u00e9nome de taille modeste r\u00e9parti sur quatre chromosomes ; son cycle de reproduction est de dix jours, sa descendance est nombreuse et son \u00e9levage au laboratoire peu co\u00fbteux : des bananes \u00e9cras\u00e9es en guise de nourriture, des bouteilles de lait vides en guise de cages. On raconte que les bouteilles de lait d\u00e9pos\u00e9es devant le porche des maisons se trouvant sur le trajet des Morgan Raiders<\/i> \u2013 c\u2019est ainsi que furent baptis\u00e9s les collaborateurs de Morgan : Alfred Sturtevant, Hermann J. Muller et Calvin Bridges \u2013 avaient une f\u00e2cheuse tendance \u00e0 dispara\u00eetre. Autre avantage de Drosophila<\/i> comme mat\u00e9riel exp\u00e9rimental : la pr\u00e9sence dans les glandes salivaires de chromosomes polyt\u00e8nes g\u00e9ants qui, apr\u00e8s coloration, montrent sur toute leur longueur une succession de bandes sombres visibles au microscope. La perte d\u2019un g\u00e8ne \u2013 un ph\u00e9nom\u00e8ne appel\u00e9 \u00ab d\u00e9l\u00e9tion \u00bb \u2013 se traduit par la disparition d\u2019une bande correspondant \u00e0 la position du g\u00e8ne sur le chromosome. Enfin, chez la drosophile m\u00e2le, la m\u00e9iose se fait sans \u00e9change de mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique entre chromosomes, une particularit\u00e9 que Morgan ignorait mais qui facilita consid\u00e9rablement l\u2019interpr\u00e9tation des r\u00e9sultats.<\/p>\n \n

Drosophila melanogaster<\/i> a, comme son nom l\u2019indique, un ventre (g\u00e2ster<\/i>) noir (melanos<\/i>) et des yeux rouges. La d\u00e9couverte, en 1910, du mutant White<\/i> aux yeux blancs fut le point de d\u00e9part d\u2019une \u00e9tude syst\u00e9matique des mutations affectant la couleur de l\u2019\u0153il. En croisant un m\u00e2le aux yeux blancs avec une femelle aux yeux rouges, Morgan \u00e9tablit que le caract\u00e8re mut\u00e9 \u00ab yeux blancs \u00bb est r\u00e9cessif et le caract\u00e8re sauvage \u00ab yeux rouges \u00bb, dominant. Le croisement de femelles \u00ab yeux blancs \u00bb avec des m\u00e2les \u00ab yeux rouges \u00bb donnait naissance \u00e0 des descendants dont seuls les m\u00e2les avaient les yeux blancs. Cette observation sugg\u00e9rait une relation entre le ph\u00e9notype \u00ab couleur de l\u2019\u0153il \u00bb et le sexe de la mouche. En supposant l\u2019existence d\u2019un g\u00e8ne \u00ab white<\/i> \u00bb, Morgan \u00e9tablit une r\u00e8gle selon laquelle les g\u00e8nes sont nomm\u00e9s d\u2019apr\u00e8s le ph\u00e9notype des all\u00e8les mutants. Dans la \u00ab pi\u00e8ce des mouches \u00bb du laboratoire de Columbia University<\/i> o\u00f9 Morgan, \u00e0 l\u2019invitation d\u2019Edmund B. Wilson, occupait la chaire de Zoologie exp\u00e9rimentale, les travaux avanc\u00e8rent \u00e0 un rythme soutenu. La transmission des caract\u00e8res ph\u00e9notypiques de milliers de Drosophila<\/i> fut examin\u00e9e en d\u00e9tail. Plus de 85 mutations furent localis\u00e9es sur le chromosome sexuel.<\/p>\n\n

Morgan a exp\u00e9rimentalement \u00e9tabli que les caract\u00e8res ph\u00e9notypiques sont d\u00e9termin\u00e9s par les g\u00e8nes (les facteurs particulaires mend\u00e9liens) ; que les g\u00e8nes sont localis\u00e9s sur les chromosomes (ce que Walter Sutton avait d\u00e9j\u00e0 montr\u00e9 chez la sauterelle) ; que chaque chromosome contient un groupe d\u00e9termin\u00e9 de g\u00e8nes. Morgan formula l\u2019hypoth\u00e8se que les g\u00e8nes sont align\u00e9s lin\u00e9airement sur les chromosomes comme les grains d\u2019un chapelet, selon un ordre immuable. Apr\u00e8s avoir mis au point la recombinaison chromosomique, une m\u00e9thode permettant de d\u00e9terminer la position d\u2019un g\u00e8ne sur un chromosome, Morgan et Sturtevant \u00e9tablirent des cartes g\u00e9n\u00e9tiques donnant la position de chaque g\u00e8ne \u00e9tudi\u00e9 sur son chromosome. Ils calcul\u00e8rent la distance s\u00e9parant deux g\u00e8nes contigus \u00e0 partir des fr\u00e9quences de recombinaison. Finalement, la position de centaines de g\u00e8nes fut d\u00e9termin\u00e9e sur chacun des quatre chromosomes de la mouche du vinaigre. En 1912, Morgan publia les bases exp\u00e9rimentales de la th\u00e9orie chromosomique formul\u00e9e par Sutton et Boveri dans le Journal of the Academy of Natural Sciences of Philadelphia<\/i>. Son ouvrage, paru en 1915, consacra l\u2019av\u00e8nement du g\u00e8ne comme unit\u00e9 fondamentale et indivisible de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9. Archibald Garrod avait \u00e9tabli une relation entre g\u00e8ne et enzyme par d\u00e9duction logique ; Morgan d\u00e9montra cette relation \u00e0 partir de donn\u00e9es exp\u00e9rimentales. Le prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine fut attribu\u00e9 \u00e0 Thomas Morgan en 1933, et \u00e0 Hermann Muller en 1946, pour avoir d\u00e9couvert, en 1927, que l\u2019exposition aux rayons X augmente consid\u00e9rablement le taux de mutations dans le g\u00e9nome de Drosophila<\/i>.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Morgan TH What are \u201cfactors\u201d in Mendelian explanations?<\/i> (1909)\nMorgan TH Sex-limited inheritance in Drosophila<\/i> (1910)
\nSturtevant AH The linear arrangement of six sex-linked factors in Drosophila as shown by their mode of association<\/i> (1913)
\nMorgan TH The mechanism of mendelian heredity<\/i> (1915)
\nMorgan TH The Physical Basis of Heredity<\/i> (1919)
\nSturtevant AH The effects of unequal crossing-over at the Bar locus in Drosophila<\/i> (1925)
\nMuller HJ Artificial transmutation of the gene<\/i> (1927)
\nMuller HJ Types of visible variations induced by X-rays in Drosophila<\/i> (1930)<\/span><\/p>\n

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Beadle et Tatum : \u00ab One gene one enzyme \u00bb<\/i><\/b><\/span><\/h3>\n

Plus de trois d\u00e9cennies apr\u00e8s la publication d\u2019Archibald Garrod sur l\u2019alcaptonurie, le g\u00e9n\u00e9ticien George W. Beadle, un \u00e9l\u00e8ve de Thomas Morgan, et le microbiologiste Edward L. Tatum, tous deux \u00e0 Stanford University<\/i>, confirm\u00e8rent exp\u00e9rimentalement l\u2019hypoth\u00e8se de Garrod sur la relation entre g\u00e8nes et enzymes. Le champignon filamenteux microscopique Neurospora crassa<\/i> est un mat\u00e9riel exp\u00e9rimental de choix pour les g\u00e9n\u00e9ticiens : (i) son cycle vital haplo\u00efde facilite consid\u00e9rablement l\u2019analyse ; il n\u2019y a pas de second all\u00e8le susceptible de masquer les effets de l\u2019expression ou de la mutation d\u2019un g\u00e8ne r\u00e9cessif ;(ii) les exigences nutritives de la \u00ab souche sauvage \u00bb de Neurospora<\/i> \u2013 dite \u00ab souche prototrophe \u00bb \u2013 sont modestes : un milieu contenant une source de carbone : du glucose, une source d\u2019azote : du chlorure d\u2019ammonium, une vitamine et quelques min\u00e9raux ; (iii) on peut g\u00e9n\u00e9rer des mutants avec des besoins nutritionnels sp\u00e9cifiques en appliquant le protocole d\u2019irradiation aux rayons X mis au point par Hermann M\u00fcller pour Drosophila<\/i>.<\/p>\n \n

Tatum fit une d\u00e9couverte cruciale pour la suite des travaux : la pr\u00e9sence de biotine (vitamine H ou B8) est indispensable \u00e0 la croissance de Neurospora<\/i>. L\u2019irradiation d\u2019une culture du champignon permit d\u2019obtenir des \u00ab mutants auxotrophes \u00bb qui, \u00e0 la diff\u00e9rence de la souche prototrophe, avaient perdu la capacit\u00e9 de pousser en \u00ab milieu minimum \u00bb ; certains avaient perdu la capacit\u00e9 de synth\u00e9tiser un acide amin\u00e9 (l\u2019arginine), d\u2019autres, la biotine. L\u2019irradiation avait alt\u00e9r\u00e9 ou supprim\u00e9 des enzymes de la voie biosynth\u00e9tique de l\u2019arginine ou de la biotine. Pour relancer la croissance du mutant auxotrophe, il fallait ajouter au milieu de culture le m\u00e9tabolite manquant. Pour chaque mutant, Beadle et Tatum caract\u00e9ris\u00e8rent le m\u00e9tabolite manquant, ce qui leur permit de remonter jusqu\u2019\u00e0 l\u2019enzyme affect\u00e9 par la mutation. L\u2019article publi\u00e9 en 1941 \u00e9tablit la notori\u00e9t\u00e9 de Beadle et Tatum, de m\u00eame que la formule lapidaire de leur hypoth\u00e8se : \u00ab One gene one enzyme<\/i> \u00bb. Il ne fallut que 17 ans aux membres du jury Nobel pour appr\u00e9cier l\u2019importance de leur contribution scientifique ; ils re\u00e7urent le prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine en 1958.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Beadle GW, Tatum EL Genetic control of biochemical reactions in Neurospora<\/i> (1941)<\/span><\/p>\n

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Prot\u00e9ine ou ADN ? Nature du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique<\/b><\/span><\/h3>\n

\u00ab \u2026 in contrast to the popular conception supported by newspapers and mothers of scientists, a goodly number of scientists are not only narrow-minded and dull, but also just stupid. \u00bb<\/i><\/p>\n

James D. Watson<\/i><\/p>\n

Les prot\u00e9ines sont faites de vingt acides amin\u00e9s diff\u00e9rents, l\u2019ADN, de seulement quatre bases diff\u00e9rentes ; cela semble peu pour rendre compte de la diversit\u00e9 g\u00e9n\u00e9tique. La d\u00e9couverte, dans le noyau des cellules, de protamine – par Friedrich Miescher – et d\u2019histone – par Albrecht Kossel- associ\u00e9es \u00e0 la nucl\u00e9ine, amena nombre de scientifiques \u00e0 croire que ces prot\u00e9ines basiques pouvaient constituer le mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique.<\/p>\n \n

Le pneumocoque (Streptococcus pneumoniae<\/i>) fut dans le pass\u00e9 responsable de nombreuses et graves \u00e9pid\u00e9mies de pneumonie. Cette bact\u00e9rie est entour\u00e9e d\u2019une capsule de polysaccharides mais il existe un mutant sans capsule d\u00e9nu\u00e9 de pouvoir pathog\u00e8ne. Au Minist\u00e8re de la sant\u00e9, \u00e0 Londres, le m\u00e9decin Frederick Griffith essayait de d\u00e9velopper un vaccin contre la pneumonie \u00e0 pneumocoques. Au cours d\u2019essais d\u2019inoculation \u00e0 des souris de bact\u00e9ries inactiv\u00e9es par la chaleur, il injecta un m\u00e9lange de mutant sans capsule et de bact\u00e9ries avec capsule rendues non pathog\u00e8nes par chauffage. Contrairement au r\u00e9sultat attendu, les souris d\u00e9velopp\u00e8rent une pneumonie mortelle et les r\u00e9sultats de l\u2019autopsie montr\u00e8rent que les tissus renfermaient la forme encapsul\u00e9e de la bact\u00e9rie. Un \u00ab principe transformant \u00bb avait chang\u00e9 le mutant non pathog\u00e8ne en pneumocoque pathog\u00e8ne. Ce r\u00e9sultat ne manqua pas de susciter des objections de la part de la communaut\u00e9 scientifique qui avan\u00e7a entre autres arguments que la pr\u00e9paration de mutants \u00e9tait contamin\u00e9e par des bact\u00e9ries virulentes. Ces critiques ne d\u00e9courag\u00e8rent pas Oswald Theodor Avery (Rockefeller Institute for Medical Research<\/i>) ; il croyait \u00e0 l\u2019hypoth\u00e8se de la \u00ab transformation \u00bb formul\u00e9e par Griffith et au passage de \u00ab caract\u00e8res \u00bb d\u2019une souche bact\u00e9rienne \u00e0 l\u2019autre. Avec ses collaborateurs, il entreprit un laborieux travail de purification du principe transformant. D\u00e8s 1933, James Lionel Alloway, un r\u00e9sident en m\u00e9decine, \u00e9tait parvenu \u00e0 le solubiliser et \u00e0 l\u2019isoler partiellement. Avery poursuivit le travail de purification avec Colin Mac Leod et Maclyn McCarthy. Ils publi\u00e8rent, en 1944, un article dans le Journal of Experimental Medicine dans lequel ils concluaient que le facteur transformant \u00e9tait l\u2019ADN. Avery avait alors soixante-sept ans. Un prix Nobel, dont je tairai le nom, avait coutume de dire : \u00ab Personne n\u2019est plus born\u00e9 qu\u2019un scientifique born\u00e9 \u00bb. Malgr\u00e9 le nombre impressionnant de tests physiques, chimiques et enzymatiques auxquels le produit isol\u00e9 fut soumis pour confirmer son identit\u00e9, les incr\u00e9dules n\u2019en furent pas d\u00e9sarm\u00e9s pour autant, pr\u00e9tendant que le principe transformant n\u2019\u00e9tait pas de l\u2019ADN mais les traces de prot\u00e9ines contaminant la pr\u00e9paration. Alfred Mirsky (The Rockefeller Institute<\/i>) mit dans la balance tout son prestige de pionnier de la biologie mol\u00e9culaire pour discr\u00e9diter le travail d\u2019Avery, allant jusqu\u2019\u00e0 intervenir aupr\u00e8s du Karolinska Institutet<\/i> pour que le prix Nobel ne lui soit pas attribu\u00e9.<\/p>\n \n

D\u00e8s les ann\u00e9es 1940, quand la croyance g\u00e9n\u00e9rale de la communaut\u00e9 scientifique \u00e9tait que l’ADN est une mol\u00e9cule trop simple et r\u00e9p\u00e9titive pour coder la complexit\u00e9 du vivant, et que les g\u00e8nes sont de nature prot\u00e9ique, Andr\u00e9 F. Boivin (Chaire de Chimie biologique, Facult\u00e9 de M\u00e9decine, Universit\u00e9 de Strasbourg) et ses deux \u00e9tudiants, Roger et Colette Vendrely, apport\u00e8rent la preuve biochimique et quantitative que c\u2019est l’ADN qui est le support mat\u00e9riel de l’h\u00e9r\u00e9dit\u00e9. Ils disposaient d\u2019un atout technique : un micro-dosage des bases puriques et pyrimidiques qui leur permit de mesurer la quantit\u00e9 d’ADN pr\u00e9sente dans les noyaux des cellules de diff\u00e9rents tissus animaux (foie, rein, thymus\u2026). Dans chaque esp\u00e8ce animale, les noyaux des cellules somatiques contiennent la m\u00eame quantit\u00e9 d\u2019ADN, en relation directe avec le nombre de chromosomes. Les cellules germinales haplo\u00efdes, spermatozo\u00efdes et ovules, contiennent une quantit\u00e9 d\u2019ADN \u00e9quivalente \u00e0 la moiti\u00e9 de celle pr\u00e9sente dans les cellules somatiques. Cette constance corr\u00e9l\u00e9e au nombre de chromosomes \u00e9tait la preuve irr\u00e9futable que l’ADN \u00e9tait le constituant des g\u00e8nes. Les articles du groupe de Boivin, publi\u00e9s en fran\u00e7ais ne connurent pas la diffusion qu\u2019ils m\u00e9ritaient parmi la communaut\u00e9 des biologistes mol\u00e9culaires, largement domin\u00e9e par les auteurs anglo-saxons.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Boivin A, Vendrely R R\u00f4le de l\u2019acide d\u00e9soxyribonucl\u00e9ique hautement polym\u00e9ris\u00e9 dans le d\u00e9terminisme des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires des bact\u00e9ries. Signification pour la biochimie g\u00e9n\u00e9rale de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 (1946)
\nBoivin A, Vendrely R Sur le r\u00f4le possible des deux acides nucl\u00e9iques dans la cellule vivante (1947)
\nBoivin A, Vendrely R L\u2019acide d\u00e9soxyribonucl\u00e9ique du noyau cellulaire, d\u00e9positaire des caract\u00e8res h\u00e9r\u00e9ditaires; arguments d\u2019ordre analytiques (1948)
\nVendrely R Vendrely C La teneur du noyau cellulaire en acide d\u00e9soxyribonucl\u00e9ique \u00e0 travers les organes, les individus et les esp\u00e8ces animales (1949)<\/p>\n \n

En 1947, Andr\u00e9 Boivin posa comme postulat que l’ADN nucl\u00e9aire sert de matrice immuable, tandis que l’ARN cytoplasmique agit comme un interm\u00e9diaire charg\u00e9 de diriger la synth\u00e8se des prot\u00e9ines. C’\u00e9tait l’\u00e9bauche, avec pr\u00e8s de quinze ans d’avance, du concept d’ARNm et du dogme central de la biologie mol\u00e9culaire.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Boivin A, Vendrely R Sur le r\u00f4le possible des deux acides nucl\u00e9iques dans la cellule vivante (1947)<\/p>\n \n

Les milieux scientifiques finirent par accepter que l\u2019ADN est le support de l\u2019h\u00e9r\u00e9dit\u00e9 apr\u00e8s les exp\u00e9riences d\u2019Alfred D. Hershey et de Martha Chase (Genetics Research Unit, Carnegie Institution at Cold Spring Harbor<\/i>). Le bact\u00e9riophage T2 est un phage lytique form\u00e9 d\u2019ADN et de prot\u00e9ines. Il p\u00e9n\u00e8tre dans Escherichia Coli<\/i> en per\u00e7ant la paroi de la bact\u00e9rie ; la t\u00eate du phage, constitu\u00e9e de prot\u00e9ines, reste \u00e0 l\u2019ext\u00e9rieur ; seul l\u2019ADN est inject\u00e9 dans le bact\u00e9rioplasme. La machinerie de synth\u00e8se prot\u00e9ique de Coli<\/i> fabrique alors les prot\u00e9ines du phage au d\u00e9triment de celles de la bact\u00e9rie et produit des virions, dont l\u2019accumulation fait \u00e9clater la paroi bact\u00e9rienne ; les phages lib\u00e9r\u00e9s infectent d\u2019autres bact\u00e9ries. Pour savoir si l\u2019information n\u00e9cessaire \u00e0 la fabrication des prot\u00e9ines virales est transf\u00e9r\u00e9e \u00e0 Coli<\/i> par une prot\u00e9ine du phage ou par son acide nucl\u00e9ique, Hershey et Chase utilis\u00e8rent des acides amin\u00e9s \u2013 m\u00e9thionine ou cyst\u00e9ine \u2013 marqu\u00e9s au soufre 35<\/sup>S et du phosphate marqu\u00e9 au 32<\/sup>P. Les bact\u00e9ries furent infect\u00e9es avec des phages dont les prot\u00e9ines \u00e9taient marqu\u00e9s au 35<\/sup>S et l\u2019ADN, au 32<\/sup>P. Apr\u00e8s infection, les phages furent d\u00e9tach\u00e9s des bact\u00e9ries par un traitement m\u00e9canique et le milieu d\u2019incubation fut centrifug\u00e9 de fa\u00e7on \u00e0 s\u00e9parer un culot de bact\u00e9ries infect\u00e9es et un surnageant contenant les phages. La radioactivit\u00e9 due au marquage par le 35<\/sup>S (prot\u00e9ines) se trouvait surtout dans le surnageant et celle due au marquage par le 32<\/sup>P (ADN), surtout dans le culot mais la s\u00e9paration entre les deux marqueurs \u00e9tait loin d\u2019\u00eatre totale.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Hershey AD, Chase M Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage<\/i> (1952)<\/p>\n \n

La communaut\u00e9 scientifique qui s\u2019\u00e9tait montr\u00e9e si tatillonne et si critique vis \u00e0 vis des r\u00e9sultats d\u2019Avery avala sans broncher ceux de Hershey et Chase. Pourtant, ils ne faisaient que confirmer, de mani\u00e8re plut\u00f4t moins convaincante, les r\u00e9sultats publi\u00e9s dix ans plus t\u00f4t par Avery . Il est vrai que Alfred Hershey \u00e9tait, avec Max Delbr\u00fcck et Salvador Luria, membre du \u00ab Groupe du phage \u00bb qui jouissait dans la communaut\u00e9 scientifique d\u2019un prestige que beaucoup estiment aujourd\u2019hui sur\u00e9valu\u00e9. Alfred Hershey, Max Delbr\u00fcck et Salvador Luria re\u00e7urent le prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine 1969. Oswald Avery est le grand oubli\u00e9 du jury Nobel.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Avery OT, Mac Leod CM, McCarthy M Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types: Induction of transformation by a deoxyribonucleic acid fraction isolated from Pneumococcus Type III<\/i> (1944)<\/p>\n\n

La r\u00e8gle de Chargaff<\/b><\/span><\/h3>\n

Erwin Chargaff (Department of Biochemistry, Columbia University<\/i>) appartenait au petit groupe de scientifiques convaincus de la pertinence des r\u00e9sultats d\u2019Oswald Avery. Si l\u2019ADN est bien le d\u00e9positaire du patrimoine g\u00e9n\u00e9tique, il existe une disproportion entre la diversit\u00e9 du monde vivant et la s\u00e9quence t\u00e9tranucl\u00e9otidique r\u00e9p\u00e9titive du mod\u00e8le de Phoebus Levene. Chargaff d\u00e9cida de soumettre ce mod\u00e8le \u00e0 l\u2019\u00e9preuve en mesurant la teneur en bases d\u2019acides d\u00e9soxyribonucl\u00e9iques de diff\u00e9rentes sources. Un chimiste avec lequel il avait d\u00e9j\u00e0 collabor\u00e9, Aaron Bendich, lui sugg\u00e9ra d\u2019adapter \u00e0 la s\u00e9paration des bases puriques et pyrimidiques la chromatographie de partage mise au point par Archer J.P. Martin (National Institute for Medical Research, London<\/i>) et Richard L.M. Synge (Roswett Research Institute, Bucksburn, Scotland<\/i>) pour s\u00e9parer les acides amin\u00e9s (Martin et Synge sont les co-laur\u00e9ats du prix Nobel de chimie 1952). Chargaff et Ernst Vischer mit au point une m\u00e9thode de quantification des bases par spectrophotom\u00e9trie dans l\u2019ultraviolet. Les r\u00e9sultats furent \u00e0 la hauteur des efforts techniques consentis : (i) contrairement \u00e0 ce que l\u2019on peut pr\u00e9dire \u00e0 partir du mod\u00e8le de Levene les proportions molaires des bases varient selon les tissus analys\u00e9s et selon les esp\u00e8ces mais pas entre individus de la m\u00eame esp\u00e8ce ; (ii) pour tous les ADN test\u00e9s, la teneur en ad\u00e9nine (A) est sensiblement \u00e9gale \u00e0 la teneur en thymine (T) et la teneur en guanine (G) \u00e9gale \u00e0 celle en cytosine (C) :<\/p>\n

% A = % T<\/p>\n

% G = % C<\/p>\n

Dans l\u2019ADN humain, Chargaff calcula qu\u2019il y avait environ 30% de chacune des bases puriques A et T et 20% de chacune des bases pyrimidiques G et C. Les valeurs exactes sont : A = 30.9%, T = 29.4%, G = 19.9% et C = 19.8%. Ces r\u00e9sultats furent publi\u00e9s en 1950 par Erwin Chargaff, Stephen Zamenhof et Charlotte Green dans la revue Nature<\/i>. Tandis que la communaut\u00e9 des scientifiques continuait \u00e0 s\u2019interroger sur la nature du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique, en 1955, James D. Watson, dans le laboratoire de Salvador Luria (Indiana University<\/i>, prix Nobel de m\u00e9decine ou physiologie 1969), dont il \u00e9tait le premier \u00e9tudiant, prit connaissance de l\u2019article de Chargaff et en r\u00e9alisa toute la port\u00e9e.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Gordon AH, Martin AJP, Synge RLM Partition chromatography in the study of protein constituents<\/i> (1943)
\nConsden R, Gordon AH, Martin AJP Qualitative analysis of proteins: A partition chromatographic method using paper<\/i> (1944)
\nVischer E, Chargaff E The separation and characterization of purines in minute amounts of nucleic acid hydrolysates<\/i> (1947)
\nVischer E, Chargaff E The separation and quantitative estimation of purines and pyrimidines in minute amounts<\/i> (1948)
\nChargaff E, Vischer E, Doniger R, Green C, Misani F The composition of the desoxypentosc nucleic acids of thymus and spleen<\/i> (1949)
\nChargaff E, Zamenhof S, Green C Composition of human desoxypentose nucleic acid<\/i> (1950)<\/span><\/p>\n

Le matin des physiciens<\/b><\/span><\/h3>\n

\u00ab <\/i>All we have to do was to construct a set of molecular models and begin to play\u2026 \u00bb<\/i><\/i><\/p>\n

James D. Watson<\/i><\/p>\n

En 1912, Max T.F. von Laue, ancien assistant de Max Planck, eut l\u2019id\u00e9e de bombarder un cristal avec un faisceau de rayons X ; leur rencontre avec les \u00e9lectrons des atomes du r\u00e9seau produit des interf\u00e9rences et la formation d\u2019une image de diffraction caract\u00e9ristique. Il re\u00e7ut le prix Nobel de physique 1914. William Henry Bragg et William Lawrence Bragg (Cambridge University<\/i>) \u00e9tablirent que la diffraction se produit lorsque la longueur d\u2019onde du rayonnement qui traverse le cristal est du m\u00eame ordre de grandeur que la distance interatomique (Loi de Bragg de diffraction des rayons X), et adapt\u00e8rent la technique \u00e0 l\u2019analyse de cristaux de substances min\u00e9rales. Ils se partag\u00e8rent le prix Nobel de physique 1915. La cristallographie par rayons X consiste \u00e0 bombarder une cible avec un faisceau incident de rayons X tr\u00e8s \u00e9nerg\u00e9tiques produits par \u00ab bouff\u00e9es \u00bb dans des acc\u00e9l\u00e9rateurs de particules \u00e9l\u00e9mentaires appel\u00e9s synchrocyclotrons (aujourd\u2019hui, dans des synchrotrons dits de troisi\u00e8me g\u00e9n\u00e9ration). Comme il n\u2019existe pas de lentilles capables de concentrer les rayons X, le faisceau diffract\u00e9 ne donne pas d\u2019image de l\u2019\u00e9chantillon \u00e9tudi\u00e9. Il faut recourir \u00e0 une lentille virtuelle constitu\u00e9e d\u2019un d\u00e9tecteur \u00e9lectronique reli\u00e9 \u00e0 un ordinateur. L\u2019image tridimensionnelle de l\u2019\u00e9chantillon est reconstitu\u00e9e par traitement math\u00e9matique des donn\u00e9es. Dans les premiers appareils, le faisceau diffract\u00e9 produisait des centaines, voire des milliers de taches sur un film photographique. La position et l\u2019intensit\u00e9 de chaque tache \u00e9taient analys\u00e9es et mesur\u00e9es par le proc\u00e9d\u00e9 math\u00e9matique des transform\u00e9es de Fourrier et la carte de densit\u00e9 \u00e9lectronique ainsi obtenue \u00e9tait interpr\u00e9t\u00e9e le plus exactement possible. L\u2019\u00e9tude th\u00e9orique permettant cette interpr\u00e9tation fut r\u00e9alis\u00e9e par les Bragg et par Linus C. Pauling (Stanford University<\/i>, prix Nobel de chimie 1954). Les m\u00e9tallurgistes utilisent la diffraction aux rayons X pour d\u00e9terminer les caract\u00e9ristiques d\u2019alliages comme l\u2019acier, et les min\u00e9ralogistes, pour \u00e9tablir l\u2019architecture de substances cristallines.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Bragg WH An introduction to crystal analysis<\/i> (1928)
\nPauling L The principles determining the structure of complex crystals<\/i> (1929)<\/span><\/p>\n \n

La diffraction par les rayons X fut appliqu\u00e9e \u00e0 l\u2019\u00e9tude des macromol\u00e9cules biologiques dans les ann\u00e9es 1920, dans le laboratoire de John Desmond Bernal (Department of crystallography, Cavendish Laboratory, University of Cambridge<\/i>), et \u00e0 l\u2019\u00e9tude des prot\u00e9ines, dans les ann\u00e9es 1930, dans celui de William T. Astbury (Leeds University<\/i>). Les rayons X utilis\u00e9s ont une longueur d\u2019onde proche de la distance des liaisons interatomiques dans les macromol\u00e9cules biologiques : de 0,05 \u00e0 0,15 nanom\u00e8tre. Le pr\u00e9alable \u00e0 toute \u00e9tude cristallographique est l\u2019obtention d\u2019une structure r\u00e9guli\u00e8re et ordonn\u00e9e : des cristaux (id\u00e9alement) ou des fibres orient\u00e9es dans le m\u00eame sens. Les premi\u00e8res tentatives pour obtenir des cristaux de prot\u00e9ines datent des ann\u00e9es 1920 ; des cristaux d\u2019h\u00e9moglobine et d\u2019ur\u00e9ase de bonne qualit\u00e9 furent disponibles dans les ann\u00e9es 1930. C\u2019est \u00e0 cette \u00e9poque que William T. Astbury (Leeds University<\/i>) \u00e9tudia la structure, non pas de cristaux mais de fibres de collag\u00e8ne et de k\u00e9ratines, des constituants des cheveux, de la laine et de la soie. Pour interpr\u00e9ter ses r\u00e9sultats, Astbury s\u2019inspira des travaux de Linus Pauling et Robert B. Corey sur la structure tridimensionnelle de la liaison peptidique. A leur tour, ceux-ci s\u2019inspir\u00e8rent de la structure de la k\u00e9ratine publi\u00e9e par Astbury pour d\u00e9terminer celle de l\u2019h\u00e9lice \u03b1, la premi\u00e8re structure prot\u00e9ique secondaire \u00e0 \u00eatre connue. Dans le laboratoire de John Bernal, au Cavendish Laboratory, Max F. Perutz un \u00e9l\u00e8ve William Lawrence Bragg, entreprit, en 1937, l\u2019analyse de cristaux d\u2019h\u00e9moglobine de cheval, la prot\u00e9ine transportant l\u2019oxyg\u00e8ne dans le sang des mammif\u00e8res. De 1958 \u00e0 1960, il d\u00e9termina la structure tridimensionnelle de l\u2019h\u00e9moglobine, et John C. Kendrew, celle de la myoglobine, la prot\u00e9ine transportant l\u2019oxyg\u00e8ne dans les muscles. Leurs r\u00e9sultats montr\u00e8rent que chaque prot\u00e9ine poss\u00e8de une structure tridimensionnelle et une conformation uniques. Cette conclusion fut confirm\u00e9e par les donn\u00e9es de David Chilton Phillips et ses coll\u00e8gues (Davy Faraday Research Laboratories, Royal Institution<\/i>, Londres) sur le lysozyme, une prot\u00e9ine du blanc d\u2019\u0153uf. Max Perutz et John Kendrew re\u00e7urent conjointement le prix Nobel de chimie 1962.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Bernal JD On the Interpretation of X-Ray, Single Crystal, Rotation Photographs<\/i> (1926)
\nBragg WL First stages in the X\u2010ray analysis of proteins<\/i> (1965)
\nAstbury WT, Woods HJ The X-Ray Interpretation of the Structure and Elastic Properties of Hair Keratin<\/i> (1930)
\nAstbury WT, Marwick TC X-Ray Interpretation of the Molecular Structure of Feather Keratin<\/i> (1932)
\nAstbury WT, Woods HJ X-Ray Studies of the Structure of Hair, Wool, and Related Fibres. II. The Molecular Structure and Elastic Properties of Hair Keratin<\/i> (1934)
\nAstbury WT, Bell FO Nature of the Intramolecular Fold in Alpha-Keratin and Alpha-Myosin<\/i> (1941)
\nPauling L, Corey R, Branson HR The structure of proteins; wo hydrogen-bonded helical configurations of the polypeptide chain<\/i> (1951)
\nPauling L, Corey R Compound Helical Configurations of Polypeptide Chains: Structure of Proteins of the \u03b1-Keratin Type<\/i> (1953)
\nPerutz MF X-Ray Analysis of Hemoglobin<\/i> (1963)
\nKendrew JC, Bodo G, Dintzis HM, Parrish RG, Wyckoff H, Phillips DC A three\u2010dimensional model of the myoglobin molecule obtained by X\u2010ray analysis<\/i> (1958)
\nKendrew JC, Dickerson RE, Strandberg BE, Hart RG, Davies DR, Phillips DC, Shore VC Structure of myoglobin: a three\u2010dimensional Fourier synthesis at 2 \u00c5 resolution<\/i> (1960)
\nPhilips DC The hen egg-white lysozyme molecule<\/i> (1967)<\/span><\/p>\n \n

En 1937, William Astbury et la cristallographe Florence Ogilvy Bell abord\u00e8rent l\u2019analyse cristallographique de longues fibres d\u2019ADN fournies par Rudolf Signer (Universit\u00e4t Bern<\/i>) et Torbj\u00f6rn Caspersson (Karolinska Institutet, Stockholm<\/i>). Les clich\u00e9s de diffraction obtenus r\u00e9v\u00e9laient que l\u2019ADN, comme les prot\u00e9ines, poss\u00e8de une structure r\u00e9guli\u00e8re. Astbury confirma une pr\u00e9diction faite par Einar Hammarsten et Signer (Department of Chemistry, Karolinska Institutet<\/i>) : le plan des bases est perpendiculaire au grand axe de la mol\u00e9cule d\u2019ADN et calcula la distance s\u00e9parant deux bases voisines : 0,34 nanom\u00e8tre, une valeur tr\u00e8s proche de la valeur r\u00e9elle dans la forme B de l\u2019ADN. A partir de ces donn\u00e9es rudimentaires, Astbury proposa un mod\u00e8le d\u2019ADN monocat\u00e9naire. dont s\u2019inspir\u00e8rent Linus Pauling et Robert Corey (California Institute of Technology, Pasadena<\/i>) pour proposer, en 1953, leur mod\u00e8le d\u2019ADN en triple h\u00e9lice, publi\u00e9 dans les Proceedings of the National Academy of Sciences<\/i>.<\/p>\n \n

Au d\u00e9but des ann\u00e9es 1950, trois groupes de chercheurs sont impliqu\u00e9s dans l\u2019\u00e9tude de la structure de l\u2019ADN : le groupe de King\u2019s College<\/i> (London<\/i>), Maurice H.F. Wilkins et Rosalind E. Franklin, le groupe du Cavendish Laboratory<\/i>, (University of Cambridge<\/i>), James D. Watson et Francis H. Crick, et le groupe de Linus Pauling au Californian Institute of Technology<\/i> (Pasadena<\/i>). C\u2019est surtout entre les deux derniers groupes que la comp\u00e9tition est la plus serr\u00e9e, le g\u00e9n\u00e9ticien Watson ayant pleinement conscience de l\u2019impact en biologie d\u2019une telle d\u00e9couverte ; en t\u00e9moignent les ouvrages de Watson et de Crick parus, respectivement, en 1968 et 1988.<\/p>\n \n

Rosalind Franklin avait une bonne pratique de l\u2019analyse aux rayons X acquise durant son s\u00e9jour de trois ans \u00e0 Paris, au Laboratoire central des services chimiques de l\u2019\u00c9tat. Rudolf Signer lui donna un sel de sodium de l\u2019ADN, \u00e0 partir duquel Wilkins obtint un pr\u00e9cipit\u00e9 de fibres uniform\u00e9ment orient\u00e9es. Franklin r\u00e9alisa les clich\u00e9s de diffraction \u00e0 partir desquels fut introduite la distinction entre les formes dite A et B de l\u2019ADN ; ces clich\u00e9s r\u00e9v\u00e9laient la nature h\u00e9lico\u00efdale de l\u2019ADN. Watson et Crick entreprirent la construction de mod\u00e8les \u00e0 partir d\u2019une s\u00e9rie de r\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux : (i) ceux du groupe de Bernal (Birkbeck College<\/i>) qui avait \u00e9tabli la configuration spatiale des nucl\u00e9otides, avec le plan du pentose perpendiculaire \u00e0 celui de la base ; (ii) ceux contenus dans le rapport confidentiel remis par Rosalind Franklin au Medical Research Council<\/i>, et qui confirmait les caract\u00e9ristiques de l\u2019h\u00e9lice : diam\u00e8tre : 2 nanom\u00e8tres, distance entre deux bases cons\u00e9cutives : 0,34 nanom\u00e8tre, 10 bases par tour d’h\u00e9lice ; (iii) les informations fournies par le physico-chimiste Jerry Donohue sur les formes tautom\u00e9riques des bases (les paires de bases sont sous la forme c\u00e9to) ; (iv) la R\u00e8gle de Chargaff sur l\u2019\u00e9quivalence des proportions des bases A\/T (ad\u00e9nine-thymine) et G\/C (guanine-cytosine). Enfin, dans son ouvrage paru en 1968, Watson \u00e9voque les circonstances dans lesquelles Crick et lui purent examiner, par l\u2019interm\u00e9diaire de Maurice Wilkins, le clich\u00e9 de diffraction n\u00b0 51 de la forme B de l\u2019ADN obtenu par Franklin et son Phd student<\/i>, Raymond Gosling. Watson et Crick aboutirent \u00e0 la solution du probl\u00e8me en construisant des mod\u00e8les, sans avoir fait une seule exp\u00e9rience de diffraction aux rayons X.<\/p>\n \n

La reconstitution de la structure tridimensionnelle d\u2019une mol\u00e9cule par construction de mod\u00e8les physiques a \u00e9t\u00e9 imagin\u00e9e en 1928 par le chimiste Kurt Meyer (Herman Mark I.G. Farben, Ludwigshafen<\/i>) pour d\u00e9terminer la structure tridimensionnelle de la cellulose et de la fibro\u00efne de la soie. Ces deux macromol\u00e9cules fibrillaires pr\u00e9sentent suffisamment d\u2019\u00e9l\u00e9ments de r\u00e9gularit\u00e9 pour donner des diagrammes de diffraction interpr\u00e9tables. A partir du mod\u00e8le physique qu\u2019il avait \u00e9labor\u00e9, Meyer calcula les coordonn\u00e9es th\u00e9oriques de diffraction et les compara aux valeurs obtenues \u00e0 partir de clich\u00e9s cristallographiques. En 1953, Linus Pauling et Robert Corey (California Institute of Technology, Pasadena<\/i>) publi\u00e8rent dans les Proceedings of the National Academy of Sciences<\/i> un mod\u00e8le d\u2019ADN en triple h\u00e9lice, avec les groupes phosphate (charg\u00e9s) dirig\u00e9s vers l\u2019int\u00e9rieur et les bases (hydrophobes), vers l\u2019ext\u00e9rieur de l\u2019h\u00e9lice. La \u00ab folle poursuite \u00bb, pour paraphraser le titre de l\u2019ouvrage de Francis Crick, s\u2019acheva avec la publication, en 1953, du mod\u00e8le de Watson et Crick, form\u00e9 de deux cha\u00eenes poly-d\u00e9soxyribonucl\u00e9otidiques enroul\u00e9es en double h\u00e9lice droite ; les groupes phosphate sont dirig\u00e9s vers l\u2019ext\u00e9rieur et les bases vers l\u2019int\u00e9rieur de l\u2019h\u00e9lice. Les bases d\u2019une des deux cha\u00eenes sont li\u00e9es par des liaisons hydrog\u00e8ne aux bases compl\u00e9mentaires de l\u2019autre cha\u00eene : A avec T (deux liaisons) et G avec C (trois liaisons). La stabilit\u00e9 de la mol\u00e9cule est assur\u00e9e par l\u2019environnement hydrophobe cr\u00e9\u00e9 au centre de l\u2019h\u00e9lice par les bases et par les groupes phosphates dont les charges n\u00e9gatives sont dirig\u00e9es vers l\u2019ext\u00e9rieur.<\/p>\n \n

Apr\u00e8s avoir lu beaucoup de ce qui a \u00e9t\u00e9 \u00e9crit \u00e0 propos de la d\u00e9couverte de la double h\u00e9lice, je partage la conviction de ceux qui croient que c\u2019est Rosalind Franklin qui a \u00ab fait l\u2019essentiel du job \u00bb. Elle est d\u00e9c\u00e9d\u00e9e en 1958, \u00e0 trente-huit ans. En 1962, presque dix ans apr\u00e8s la publication des articles dans Nature<\/i>, le jury Nobel ayant enfin compris l\u2019importance de la d\u00e9couverte de la structure tridimensionnelle de l\u2019ADN, d\u00e9cerna le prix de m\u00e9decine ou physiologie \u00e0 James Watson, Francis Crick et Maurice Wilkins.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Astbury WT, Bell FO X-Ray Study of Thymonucleic Acid<\/i> (1938)
\nSigner R, Caspersson TO, Hammarsten E Molecular Shape and Size of Thymonucleic Acid<\/i> (1938)
\nPauling L, Corey R A Proposed Structure for the Nucleic Acids<\/i> (1953)
\nWatson JD The Double helix. A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA<\/i> (1968)
\nCrick FH What Mad Pursuit. A personal View of Scientific Discovery<\/i> (1988)
\nWatson JD, Crick FH Molecular Structure of Nucleic Acids; a Structure for Deoxyribose Nucleic Acid<\/i> (1953)
\nWatson JD, Crick FH Genetical implications of the structure of deoxyribonucleic acid<\/i> (1953)
\nFranklin RE, Gosling RG Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate<\/i> (1953)
\nWilkins MHF, Stokes AR, Wilson HR Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids<\/i> (1953)<\/span><\/p>\n

<\/a>R\u00e9plication<\/b><\/span><\/h3>\n

\u00ab It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests copying mechanism for the genetic material. \u00bb<\/i><\/p>\n

James D. Watson & Francis H. Crick<\/i><\/p>\n

Parmi les fonctions du noyau, la r\u00e9plication du mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique est l\u2019une des plus importantes. Au d\u00e9but de la division cellulaire, les chromosomes se d\u00e9doublent et chaque cellule-fille re\u00e7oit le m\u00eame nombre de chromosomes que la cellule-m\u00e8re (sauf dans le cas de la m\u00e9iose). Le d\u00e9doublement des chromosomes s\u2019accompagne d\u2019une synth\u00e8se d\u2019ADN pendant la phase S (Synth\u00e8se) du cycle cellulaire. Dans le courant des ann\u00e9es 1950, plusieurs m\u00e9canismes de r\u00e9plication de la mol\u00e9cule d\u2019ADN \u00e9taient envisageables ; dans le mod\u00e8le de la double h\u00e9lice, de James Watson et Francis Crick, une s\u00e9quence de bases pr\u00e9cise est n\u00e9cessaire pour maintenir et perp\u00e9tuer la structure h\u00e9lico\u00efdale. Partant de cette constatation, ces auteurs sugg\u00e9r\u00e8rent un m\u00e9canisme de r\u00e9plication dit semi-conservatif : les deux brins d\u2019ADN se s\u00e9parent et servent de matrice pour le recrutement et l\u2019association de nucl\u00e9otides compl\u00e9mentaires, conduisant \u00e0 l\u2019assemblage des deux brins d\u2019une nouvelle cha\u00eene polynucl\u00e9otidique ; le choix des nucl\u00e9otides est dict\u00e9 par la s\u00e9quence des bases du brin servant de matrice. Si ce mod\u00e8le est correct, toute mol\u00e9cule d\u2019ADN n\u00e9o-synth\u00e9tis\u00e9 doit \u00eatre constitu\u00e9e d\u2019un brin d\u2019ADN-matrice et d\u2019un brin n\u00e9oform\u00e9. Diff\u00e9rentes approches exp\u00e9rimentales furent mises en \u0153uvre pour le d\u00e9montrer.<\/p>\n \n

La premi\u00e8re confirmation fut apport\u00e9e par J. Herbert Taylor et Shirley Taylor (Department of Biological Science, The Florida State University<\/i>). Ils cultiv\u00e8rent des graines de haricots (Vicia faba<\/i>) dans un milieu contenant les quatre nucl\u00e9otides entrant dans la composition de l\u2019ADN ; seule la thymidine \u00e9tait marqu\u00e9e au tritium (3<\/sup>H) ; Herbert transf\u00e9ra les cellules dans un milieu de culture contenant des nucl\u00e9otides non marqu\u00e9s et de la colchicine ; cet alcalo\u00efde, extrait de la pervenche (Vinca minor<\/i>), se fixe sp\u00e9cifiquement sur les prot\u00e9ines des microtubules du fuseau mitotique, bloquant la division cellulaire au stade de la m\u00e9taphase et emp\u00eachant la migration ult\u00e9rieure des chromatides vers les p\u00f4les du fuseau mitotique. L\u2019usage de l\u2019autoradiographie \u00e0 haute r\u00e9solution permit d\u2019observer la r\u00e9plication semi-conservative des chromosomes condens\u00e9s en chromatides. Une nouvelle confirmation fut apport\u00e9e par Matthew S. Meselson et Franklin W. Stahl (California Institute of Technology<\/i>). Ils firent cro\u00eetre Escherichia coli dans un milieu nutritif avec, comme source d\u2019azote, du chlorure d\u2019ammonium marqu\u00e9 avec l\u2019isotope \u00ab lourd \u00bb de l\u2019azote (15<\/sup>N). Apr\u00e8s transfert des bact\u00e9ries dans un milieu contenant l\u2019isotope stable naturel (14<\/sup>N), un \u00e9chantillon fut pr\u00e9lev\u00e9 \u00e0 intervalles r\u00e9guliers ; la masse de l\u2019ADN extrait de chaque \u00e9chantillon fut d\u00e9termin\u00e9e par centrifugation en gradient de chlorure de c\u00e9sium jusqu\u2019\u00e0 l\u2019\u00e9quilibre isopycnique. La position des bandes d\u2019ADN dans le gradient fut d\u00e9termin\u00e9e par lecture optique \u00e0 la longueur d\u2019onde d\u2019absorption des acides nucl\u00e9iques dans l\u2019ultraviolet. Sur les clich\u00e9s photographiques, en fonction du temps d\u2019incubation des bact\u00e9ries dans le milieu contenant 15<\/sup>N, apparaissait d\u2019abord une bande \u00ab lourde \u00bb d\u2019ADN 15<\/sup>N, puis une bande plus l\u00e9g\u00e8re d\u2019ADN hybride 15<\/sup>N-14<\/sup>N, puis une bande l\u00e9g\u00e8re d\u2019ADN 14<\/sup>N. Enfin, en 1963, John F. Cairns (John Curtin School of Medical Research, Australia<\/i> et Cold Spring Laboratory<\/i>) observa, par autoradiographie, la r\u00e9plication semi-conservative de l\u2019ADN circulaire d\u2019Escherichia Coli<\/i> B3<\/sub> et K12<\/sub> incub\u00e9s pendant des dur\u00e9es variables en pr\u00e9sence de [3<\/sup>H]thymidine.<\/p>\n \n

La r\u00e9plication de l\u2019ADN est catalys\u00e9e par des complexes multienzymatiques pr\u00e9sents principalement dans le noyau : les ADN polym\u00e9rases ADN-d\u00e9pendantes. Celles qui ont \u00e9t\u00e9 caract\u00e9ris\u00e9es sont group\u00e9es en familles (sept au total) : A, B, C, D, X, Y, RT. Les cellules procaryotes poss\u00e8dent cinq polym\u00e9rases, dont trois principales num\u00e9rot\u00e9es I, II et III, dans l\u2019ordre de leur d\u00e9couverte ; les cellules eucaryotes en ont onze, d\u00e9nomm\u00e9es \u03b1 (r\u00e9plication dans le noyau), \u03b2 (r\u00e9paration de l\u2019ADN), \u03b3 (r\u00e9plication dans les mitochondries), \u03b4, \u03b5, z, h, i, q, k, Rev1.<\/p>\n \n

La polym\u00e9rase I fut caract\u00e9ris\u00e9e et purifi\u00e9e par Arthur Kornberg. Apr\u00e8s ses \u00e9tudes de m\u00e9decine \u00e0 Rochester University<\/i>, il \u00e9tudia l\u2019enzymologie dans le laboratoire de Severo Ochoa (New York University<\/i>), puis dans celui de Carl et Gery Cori, la Mecque de l\u2019enzymologie (Washington University School of Medicine, St-Louis<\/i>). En 1954, Kornberg entreprit la recherche d\u2019enzymes catalysant la synth\u00e8se de poly d\u00e9soxyribonucl\u00e9otides dans des broyats d\u2019Escherichia Coli<\/i> incub\u00e9s en pr\u00e9sence de d\u00e9soxyribonucl\u00e9osides triphosphate marqu\u00e9s au 32<\/sup>P et de fragments d\u2019ADN ; l\u2019ADN polym\u00e9rase qu\u2019il identifia en 1958 sera, plus tard, baptis\u00e9e ADN polym\u00e9rase I. Pour v\u00e9rifier qu\u2019il s\u2019agissait bien de la polym\u00e9rase responsable de la r\u00e9plication du g\u00e9nome d\u2019Escherichia Coli<\/i>, John F. Cairns et Paula De Lucia (Cold Spring Harbor Laboratory<\/i>) mirent en contact des cultures de Coli<\/i> avec un mutag\u00e8ne. Au prix d\u2019un intense travail de criblage de milliers de cellules, il isol\u00e8rent un mutant r\u00e9pliquant son g\u00e9nome en l\u2019absence de l\u2019enzyme de Kornberg. Le g\u00e8ne mut\u00e9 fut ironiquement baptis\u00e9 polA<\/i>. Adoptant la strat\u00e9gie de Cairn et De Lucia, Thomas B. Kornberg (le fils d\u2019Arthur) et Malcolm L. Gefter (Department of Biological Sciences, Columbia University, New York<\/i>) mirent en \u00e9vidence les ADN polym\u00e9rases III, puis II. Comme l\u2019ADN polym\u00e9rase I de Kornberg, l\u2019ADN polym\u00e9rase II corrige les erreurs de r\u00e9plication et r\u00e9pare l\u2019ADN endommag\u00e9 par des agents chimiques ou physiques. L\u2019ADN polym\u00e9rase III, catalyse la r\u00e9plication de l\u2019ADN chez les procaryotes. En pr\u00e9sence d\u2019une matrice d\u2019ADN, elle ajoute des nucl\u00e9otides \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 3\u2019OH d\u2019un ADN, ou d\u2019une amorce d\u2019ARN (primer<\/i>), appartenant \u00e0 un duplex. Reiji Okasaki et Tsuneko Okasaki (Nagoya University<\/i>) montr\u00e8rent que l\u2019ADN polym\u00e9rase III ne synth\u00e9tise pas les deux brins d\u2019ADN de la m\u00eame mani\u00e8re : le brin dit \u00ab avanc\u00e9 \u00bb est \u00e9difi\u00e9 de mani\u00e8re continue, nucl\u00e9otide par nucl\u00e9otide ; le brin \u00ab retard\u00e9 \u00bb est synth\u00e9tis\u00e9 par morceaux qui sont ensuite assembl\u00e9s et li\u00e9s entre eux par l\u2019ADN polym\u00e9rase I. L\u2019ADN polym\u00e9rase III commence la r\u00e9plication \u00e0 partir d\u2019un \u00ab primer<\/i> \u00bb d\u2019ARN synth\u00e9tis\u00e9 par une ARN polym\u00e9rase. En 1994, la structure de l\u2019ADN polym\u00e9rase \u03b2 fut \u00e9tablie par cristallographie aux rayons X, dans le laboratoire de Samuel Wilson (Laboratory of Biochemistry, National Cancer Institute<\/i>), un \u00e9l\u00e8ve de Mahlon B. Hoagland, le d\u00e9couvreur de l\u2019ARNt, puis de Marshall W. Nirenberg (prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine 1968) qui joua un r\u00f4le actif dans le d\u00e9chiffrage du code g\u00e9n\u00e9tique. Toutes les ADN polym\u00e9rases ADN-d\u00e9pendantes ont, depuis, \u00e9t\u00e9 isol\u00e9es, cristallis\u00e9es et leur structure tridimensionnelle a \u00e9t\u00e9 \u00e9tablie.<\/p>\n \n

Les r\u00e9sultats des travaux d\u2019Arthur Kornberg et de ses collaborateurs furent publi\u00e9s en 1958. Le jury Nobel, qui commen\u00e7ait \u00e0 comprendre l\u2019importance de la d\u00e9couverte de la structure en double h\u00e9lice de l\u2019ADN, attribua dans la pr\u00e9cipitation le prix Nobel 1959 \u00e0 Kornberg et Ochoa, l\u2019un pour la d\u00e9couverte de l\u2019ADN polym\u00e9rase, l\u2019autre pour celle de l\u2019ARN polym\u00e9rase, alors que Watson et Crick attendaient toujours la reconnaissance de leur contribution. Pour la petite histoire, il faut savoir que deux articles sur l\u2019ADN polym\u00e9rase, sur les trois soumis par Kornberg au Journal of Biological Chemistry<\/i>, furent rejet\u00e9s par le comit\u00e9 de lecture dont faisait partie\u2026 Erwin Chargaff ! Il est \u00e9galement int\u00e9ressant de savoir que l\u2019article de Marianne Grunberg-Manago et Severo Ochoa sur l\u2019ARN polym\u00e9rase, qui valut \u00e0 ce dernier l\u2019attribution du prix Nobel, traite d\u2019un enzyme qui synth\u00e9tise des poly ribonucl\u00e9otides en l\u2019absence d\u2019une matrice d\u2019ADN ; lorsque cet enzyme travaille dans le bon sens, c\u2019est une ribonucl\u00e9ase ! L\u2019ARN polym\u00e9rase, la vraie, fut d\u00e9couverte en 1959 par Samuel B. Weiss et Leonard Gladstone (Argonne Cancer Research Hospital, Department of Biochemistry, University of Chicago<\/i>) dans des noyaux de foie de rat. Apr\u00e8s les errements de 1959, le prix Nobel de chimie fut attribu\u00e9, \u00e0 bon escient cette fois, \u00e0 Roger D. Kornberg (Stanford University<\/i>), un autre fils d\u2019Arthur, pour avoir \u00e9lucid\u00e9 le fonctionnement des g\u00e8nes responsables de la transcription du g\u00e9nome en prot\u00e9ines dans les cellules eucaryotes, et le r\u00f4le jou\u00e9 par l\u2019ARN polym\u00e9rase II.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Taylor JH, Woods PS, Hughes WL The organization and duplication of chromosomes as revealed by autoradiographic studies using tritium-labeled thymidine<\/i> (1957)
\nMeselson M, Stahl FW The Replication of DNA in Escherichia coli<\/i> (1958)
\nLehman IR, Bessman MJ, Simms ES, Kornberg A Enzymatic Synthesis of Deoxyribonucleic Acid. I. Preparation of Substrates and Partial Purification of an Enzyme from Escherichia Coli<\/i> (1958)
\nBessman MJ, Lehman IR, Simms ES, Kornberg A Enzymatic Synthesis of Deoxyribonucleic Acid. II. General Properties of the Reaction<\/i> (1958)
\nLehman IR, Zimmerman SB, Adler J, Bessman MJ, Simms ES, Kornberg A Enzymatic Synthesis of Deoxyribonucleic Acid. V. Chemical Composition of Enzymatically Synthesized Deoxyribonucleic Acid<\/i> (1958)
\nGrunberg-Manago M, Ortiz P, Ochoa S Enzymic synthesis of polynucleotides. I. Polynucleotide phosphorylase of Azotobacter vinelandii<\/i> (1956)
\nDe Lucia P, Cairns J Isolation of an E. coli Strain with a Mutation affecting DNA Polymerase<\/i> (1969)
\nKornberg T, Gefter ML Purification and DNA Synthesis in Cell-Free Extracts: Properties of DNA Polymerase II<\/i> (1971)
\nGefter ML, Hirota Y, Kornberg T, Wechsler JA, Barnoux C Analysis of DNA Polymerases II and III in Mutants of Escherichia Coli Thermosensitive for DNA Synthesis<\/i> (1971)
\nOkazaki R, Okazaki T, Sakabe K, Sugimoto K, Sugino A Mechanism of DNA chain growth. I. Possible discontinuity and unusual secondary structure of newly synthesized chains<\/i> (1968)
\nSugimoto K, Okazaki T, Okazaki R Mechanism of DNA chain growth. II. Accumulation of newly synthesized short chains in E. Coli infected with ligase-defective T4 phages<\/i> (1968)
\nWeiss S, Gladstone L A Mammalian System for The Incorporation of Cytidine Triphosphate into Ribonucleic Acid<\/i> (1959)
\nCramer P, Bushnell D, Kornberg R Structural basis of transcription: RNA polymerase II at 2.8 angstrom resolution<\/i> (2001)
\nGnatt A, Cramer P, Fu J, Bushnell, Kornberg RD Structural basis of transcription: an RNA polymerase II elongation complex at 3.3 A resolution<\/i> (2001)<\/span><\/p>\n

Colin\u00e9arit\u00e9<\/b><\/span><\/h3>\n

Les ann\u00e9es 1950 furent une p\u00e9riode f\u00e9conde pour les chimistes des prot\u00e9ines. On sait que les prot\u00e9ines sont des encha\u00eenements lin\u00e9aires d\u2019acides amin\u00e9s li\u00e9s entre eux par des liaisons covalentes, selon une s\u00e9quence unique et caract\u00e9ristique. Frederick Sanger (Department of Biochemistry, Cambridge University et Laboratory of Molecular Biology, Medical Research Council<\/i>, prix Nobel de chimie 1958) d\u00e9chiffre la s\u00e9quence des 51 r\u00e9sidus d\u2019acides amin\u00e9s des deux cha\u00eenes de l\u2019insuline de b\u0153uf. Stanford Moore et William H. Stein (Rockefeller University<\/i>) con\u00e7oivent et d\u00e9veloppent le premier s\u00e9quenceur automatique d\u2019acides amin\u00e9s, et \u00e9tablissent la s\u00e9quence de la ribonucl\u00e9ase. Le groupe de Christian B. Anfinsen (Laboratory of Cellular Physiology and Metabolism, National Heart Institute, National Institute of Health, Bethesda<\/i>) et celui de Moore et Stein compl\u00e8tent la s\u00e9quence des 124 r\u00e9sidus d\u2019acides amin\u00e9s de la ribonucl\u00e9ase A de pancr\u00e9as de b\u0153uf. Des r\u00e9sultats de ces travaux \u00e9merge le concept de \u00ab colin\u00e9arit\u00e9 \u00bb que l\u2019on peut \u00e9noncer comme suit : il existe une correspondance directe et lin\u00e9aire entre la s\u00e9quence des bases nucl\u00e9otidiques d\u2019un g\u00e8ne et celle des acides amin\u00e9s de la prot\u00e9ine cod\u00e9e par ce g\u00e8ne. Ce concept est un jalon essentiel pour comprendre le rapport existant entre g\u00e8ne et enzyme, et le m\u00e9canisme de la transcription (la copie de l\u2019ADN g\u00e9nomique en ARNm). Le prix Nobel de chimie 1972 fut attribu\u00e9 \u00e0 Christian B. Anfinsen, Stanford Moore et William H. Stein. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Sanger F, Tuppy H The amino-acid sequence in the phenylalanyl chain of insulin. 2. The investigation of peptides from enzymic hydrolysates<\/i> (1951)
\nSanger F, Thompson EO The amino-acid sequence in the glycyl chain of insulin<\/i> (1952)
\nHirs CH Stein WH, Moore S The amino acid composition of ribonuclease<\/i> (1954)
\nHirs CH Studies on the structure of ribonuclease. Enzymatic hydrolysis of the four large peptides formed in the tryptic hydrolysis of the oxidized protein<\/i> (1960)
\nHirs CHW, Moore S, Stein WH The Sequence of the Amino Acid Residues in Performic Acid-oxidized Ribonuclease<\/i> (1960)
\nSmyth DG, Stein WH, Moore S The sequence of amino acid residues in bovine pancreatic ribonuclease: revisions and confirmations<\/i> (1963)
\nAnfinsen CB, Haber E, Sela M, White Jr FH The kinetics of formation of native ribonuclease during oxidation of the reduced polypeptide chain<\/i> (1961)
\nPotts JT, Berger A, Cooke J, Anfinsen CB A reinvestigation of the sequence of residues 11 to 18 in bovine pancreatic ribonuclease<\/i> (1962)<\/p>\n \n

Deux groupes de chercheurs vont faire la d\u00e9monstration qu\u2019il existe une colin\u00e9arit\u00e9 entre les s\u00e9quences du g\u00e8ne et de la prot\u00e9ine. La tryptophane synthase est un enzyme de la voie biosynth\u00e9tique du tryptophane, un acide amin\u00e9 essentiel ; elle est compos\u00e9e de deux polypeptides, A et B. Au d\u00e9but des ann\u00e9es 1960, Charles Yanofsky (Biological Sciences Department, Stanford University<\/i>) s\u00e9lectionne des formes mut\u00e9es du g\u00e8ne de la tryptophane synthase dont il compare la s\u00e9quence des bases nucl\u00e9otidiques \u00e0 celle des acides amin\u00e9s de la prot\u00e9ine. Pour localiser la position des acides amin\u00e9s mut\u00e9s, Yanofsky utilise la technique du fingerprinting<\/i> mise au point en 1956 par Vernon M. Ingram (Cavendish Laboratory, University of Cambridge<\/i>) pour d\u00e9tecter des changements de s\u00e9quence dans l\u2019h\u00e9moglobine humaine. La cha\u00eene A de la tryptophane synthase (268 r\u00e9sidus d\u2019acides amin\u00e9s) fut soumise \u00e0 une digestion prot\u00e9olytique ; les peptides lib\u00e9r\u00e9s furent s\u00e9par\u00e9s par \u00e9lectrophor\u00e8se ou par chromatographie sur papier. La substitution d\u2019un acide amin\u00e9 par un autre se traduit par un changement de position sur le chromatogramme du peptide renfermant cet acide amin\u00e9. Pour d\u00e9terminer la position des bases mut\u00e9es, Yanofski et coll. \u00e9tablirent une carte transcriptionnelle du g\u00e8ne en adoptant la technique de recombinaison g\u00e9n\u00e9tique mise au point, en 1946, par Joshua Lederberg et Edward L. Tatum (Yale University<\/i>), tous deux prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine 1958. J\u2019en rappelle bri\u00e8vement le principe : des bact\u00e9ries Escherichia coli<\/i> \u00ab m\u00e2les \u00bb font passer de l\u2019information g\u00e9n\u00e9tique en transf\u00e9rant physiquement leur chromosome (ou un chromosome auxiliaire appel\u00e9 plasmide) dans des bact\u00e9ries \u00ab femelles \u00bb de souche diff\u00e9rente. Ce transfert d\u2019information g\u00e9n\u00e9tique peut \u00eatre interrompu en divers points du g\u00e8ne. Il suffit de soumettre la suspension de bact\u00e9ries \u00e0 un traitement m\u00e9canique qui a pour effet de rompre la portion de chromosome situ\u00e9e entre la bact\u00e9rie m\u00e2le et la bact\u00e9rie femelle. Mise dans des conditions de culture ad hoc, les g\u00e8nes port\u00e9s par les fragments de chromosomes transf\u00e9r\u00e9s dans la bact\u00e9rie r\u00e9ceptrice sont exprim\u00e9s. En espa\u00e7ant judicieusement les traitements m\u00e9caniques, on peut jalonner le transfert d\u2019un chromosome morceau par morceau et m\u00eame g\u00e8ne par g\u00e8ne. Yanofsky d\u00e9montra qu\u2019il existe une correspondance entre les mutations dans la s\u00e9quence du g\u00e8ne de la sous-unit\u00e9 A de la tryptophane synthase et les substitutions d\u2019acides amin\u00e9s dans la s\u00e9quence de la prot\u00e9ine.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Ingram VM A specific chemical difference between the globins of normal human and sickle-cell anaemia haemoglobin<\/i> (1956)
\nIngram VM Gene mutations in human haemoglobin: the chemical difference between normal and sickle cell haemoglobin (1957)
\nLederberg J, Tatum EL Gene recombination in Escherichia coli<\/i> (1946)
\nLederberg J, Tatum EL Gene recombination in the bacterium Escherichia coli<\/i> (1947)
\nCrawford IP, Yanofsky C On the separation of the tryptophan synthase of Escherichia coli into two protein components<\/i> (1958)
\nCarlton BC, Yanofsky C Studies on the Position of Six Amino Acid Substitutions in the Tryptophan Synthetase A Protein<\/i> (1963)
\nCarlton BC, Yanofsky C Amino Acid Substitutions in the A Proteins of Tryptophan Synthetase Mutants and Revertants<\/i> (1965)
\nYanofsky C, Drapeau GR, Guest JR, Carlton BC The complete aminoacid sequence of the tryptophan synthase a protein (a subunit) and its colinear relationship with the genetic map of the a gene<\/i> (1967)
\nGuest JR, Drapeau GR, Carlton BC, Yanofsky C The Amino Acid Sequence of the A Protein (\u03b1 Subunit) of the Tryptophan Synthetase of Escherichia coli. V. Order of Tryptic Peptides and the Complete Amino Acid Sequence<\/i> (1967)<\/p>\n\n

Yanofsky a d\u00e9montr\u00e9 l\u2019existence de la colin\u00e9arit\u00e9 g\u00e8ne\/prot\u00e9ine chez les bact\u00e9ries ; Vernon M. Ingram, John A. Hunt et Anthony O.W. Stretton (Cavendish Laboratory, University of Cambridge<\/i>) en firent la d\u00e9monstration chez les mammif\u00e8res. Ingram, surnomm\u00e9 \u00ab The father of Molecular Medicine<\/i> \u00bb, entreprit, en 1955, l\u2019\u00e9tude de la dr\u00e9panocytose ou an\u00e9mie \u00e0 cellules (h\u00e9maties) falciformes, une maladie assez r\u00e9pandue parmi les populations des Antilles, d\u2019Afrique, d\u2019Inde, du Moyen-Orient et du bassin m\u00e9diterran\u00e9en. Ingram montra que cette pathologie est caus\u00e9e par la substitution d\u2019un seul acide amin\u00e9 dans la s\u00e9quence de la cha\u00eene \u03b2 de l\u2019h\u00e9moglobine : un glutamate est remplac\u00e9 par une valine. Ingram, soutenu et conseill\u00e9 par Max Perutz et Francis Crick, mit cette anomalie en relation avec une mutation dans la s\u00e9quence du g\u00e8ne.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Ingram VM A specific chemical difference between the globins of normal human and sickle-cell anaemia haemoglobin<\/i> (1956)
\nIngram VM Gene mutations in human haemoglobin: the chemical difference between normal and sickle cell haemoglobin<\/i> (1957)<\/p>\n\n

Interm\u00e9diaires : ARN messager et ARN de transfert<\/b><\/span><\/h3>\n

A la suite de la publication de l\u2019article de Watson et Crick sur la structure en double h\u00e9lice de l\u2019ADN, Gueorgui A. Gamov (George Washington University<\/i>) leur sugg\u00e9ra un m\u00e9canisme d\u2019expression des g\u00e8nes. Gamov \u00e9tait un physicien de grand renom, inventeur, avec le chanoine Georges Lema\u00eetre, du mod\u00e8le cosmologique du Big Bang<\/i> sur l\u2019origine et l\u2019\u00e9volution de l\u2019univers. Gamov voyait la double h\u00e9lice comme une matrice ou plut\u00f4t un moule comportant vingt cavit\u00e9s de structures diff\u00e9rentes, dans lesquelles viennent se loger les vingt acides amin\u00e9s ; cette hypoth\u00e8se implique une interaction directe des acides amin\u00e9s avec les bases nucl\u00e9otidiques ce qui fut imm\u00e9diatement \u00e9cart\u00e9 par Francis Crick. Mais l\u2019hypoth\u00e8se a aussi un c\u00f4t\u00e9 pr\u00e9monitoire en proposant que la s\u00e9lection des acides amin\u00e9s soit impos\u00e9e par un \u00ab code \u00bb form\u00e9 de triplets de bases nucl\u00e9otidiques (64 combinaisons possibles pour 20 acides amin\u00e9s). Cette id\u00e9e s\u2019imposa \u00e0 Crick ; restait \u00e0 en \u00e9tablir la r\u00e9alit\u00e9. Crick et Sydney Brenner s\u2019y employ\u00e8rent. La proflavine, un d\u00e9riv\u00e9 de l\u2019acriflavine, exerce une action bact\u00e9riostatique et mutag\u00e8ne en s\u2019ins\u00e9rant entre les bases nucl\u00e9otidiques de l\u2019ADN, ce qui provoque des mutations par insertion ou d\u00e9l\u00e9tion d\u2019une paire de bases. Crick et Brenner mirent \u00e0 profit ce moyen de retirer ou d\u2019ins\u00e9rer des bases dans le g\u00e8ne rIIB<\/i> du bact\u00e9riophage T4 (la prot\u00e9ine rIIB<\/i> est impliqu\u00e9e dans le ph\u00e9nom\u00e8ne de recombinaison g\u00e9n\u00e9tique). Ils test\u00e8rent, sur des mutants de cultures de T4 trait\u00e9es \u00e0 la proflavine, l\u2019effet des additions ou soustraction de bases sur l\u2019expression ou l\u2019absence d\u2019expression du g\u00e8ne rIIB<\/i>. Les r\u00e9sultats de ce travail confirm\u00e8rent que le codon \u00e0 la base du code g\u00e9n\u00e9tique est un triplet de bases.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Brenner S, Benzer S, Barnett L Distribution of Proflavin-Induced Mutations in the Genetic Fine Structure<\/i> (1958)
\nCrick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ General nature of the genetic code for proteins<\/i> (1961)
\nCrick FHC, Griffith JS, Orgel LE Codes without Commas<\/i> (1957)<\/span><\/p>\n \n \n

La proposition de Gamov d\u2019une lecture directe du message g\u00e9n\u00e9tique par les acides amin\u00e9s, rejet\u00e9e par Crick, se heurtait au fait que, dans les cellules eucaryotes, les chromosomes sont localis\u00e9s dans le noyau et les ribosomes dans le cytoplasme ; Crick et Brenner suppos\u00e8rent qu\u2019il existait au moins un interm\u00e9diaire entre le g\u00e8ne et la machinerie de synth\u00e8se prot\u00e9ique et que cet interm\u00e9diaire devait \u00eatre un ARN \u00ab adaptateur \u00bb portant l\u2019acide amin\u00e9, chacun des 20 acides amin\u00e9s ayant un adaptateur sp\u00e9cifique. Ce postulat devint r\u00e9alit\u00e9 \u00e0 la suite des travaux de Paul C. Zamecnik, Elizabeth Keller et Mahlon Hoagland (Harvard Medical School<\/i>). En 1953, ils mirent au point le premier syst\u00e8me de synth\u00e8se prot\u00e9ique in vitro<\/i> en incubant des homog\u00e9nats de foie de rat avec des acides amin\u00e9s marqu\u00e9s au 14<\/sup>C. Apr\u00e8s injection des acides amin\u00e9s 14<\/sup>C \u00e0 des rats et fractionnement par centrifugation d\u2019homog\u00e9nats de foie, la radioactivit\u00e9 se retrouve initialement dans la fraction microsomes (riche en ribosomes li\u00e9s aux membranes). En 1956, ils montrent que l\u2019addition d\u2019ATP au milieu augmente l\u2019incorporation d\u2019acides amin\u00e9s 14<\/sup>C dans les prot\u00e9ines : l\u2019acide amin\u00e9 est \u00ab activ\u00e9 \u00bb en se liant \u00e0 une mol\u00e9cule d\u2019AMP, avec formation d\u2019un aminoacyl ad\u00e9nylate. Dans le syst\u00e8me acellulaire de synth\u00e8se prot\u00e9ique, en pr\u00e9sence d\u2019acides amin\u00e9s 14<\/sup>C, le marquage se retrouve associ\u00e9 \u00e0 l\u2019ARN d\u2019une fraction particulaire avant d\u2019\u00eatre transf\u00e9r\u00e9 aux prot\u00e9ines des microsomes. Ils isolent un \u00ab ARN soluble \u00bb de petite taille, plus tard baptis\u00e9 \u00ab ARN de transfert \u00bb, identifiant ainsi le transporteur interm\u00e9diaire d\u2019acides amin\u00e9s dans la synth\u00e8se prot\u00e9ique, imagin\u00e9 par Crick et Brenner. L\u2019ARNt fixe sp\u00e9cifiquement, sur le ribose de son extr\u00e9mit\u00e9 3\u2019, un acide amin\u00e9 activ\u00e9 (par exemple l\u2019alanine) en donnant un aminoacyl-ARNt (en l\u2019occurrence l\u2019alanyl-ARNt). Une fois charg\u00e9, l\u2019ARNt agit comme \u00ab donneur d\u2019acide amin\u00e9 \u00bb dans la r\u00e9action d\u2019\u00e9longation de la cha\u00eene peptidique sur le ribosome. Il existe 20 ARNt diff\u00e9rents sp\u00e9cifiques de chaque acide amin\u00e9. En 1964, Robert W. Holley d\u00e9termina la s\u00e9quence nucl\u00e9otidique de l\u2019alanyl-ARNt de levure. Pour la premi\u00e8re fois, la s\u00e9quence des 76 nucl\u00e9otides d\u2019un acide nucl\u00e9ique \u00e9tait connue. <\/p>\n \n

Dans le syst\u00e8me acellulaire de synth\u00e8se prot\u00e9ique, Hoagland et Zamecnik avaient isol\u00e9 un facteur sensible \u00e0 la chaleur ; il fut plus tard identifi\u00e9 \u00e0 l\u2019aminoacyl-ARNt synth\u00e9tase, l\u2019enzyme qui catalyse la fixation d\u2019un acide amin\u00e9 sur son ARNt. Il existe vingt aminoacyl-ARNt synth\u00e9tases diff\u00e9rentes, chacune sp\u00e9cifique d\u2019un acide amin\u00e9. Ces enzymes, d\u2019une extr\u00eame sophistication, poss\u00e8dent deux sites actifs s\u00e9par\u00e9s, l\u2019un reconnaissant l\u2019acide amin\u00e9 et l\u2019autre l\u2019ARNt correspondant. En 1941, Fritz A. Lipmann et Hermann Kalckar avaient pr\u00e9dit que des interm\u00e9diaires phosphoryl\u00e9s devaient intervenir dans la synth\u00e8se prot\u00e9ique. Comme je l\u2019ai bri\u00e8vement mentionn\u00e9 plus haut, conform\u00e9ment \u00e0 cette pr\u00e9diction, la r\u00e9action catalys\u00e9e par l\u2019aminoacyl-ARNt synth\u00e9tase n\u00e9cessite l\u2019apport d\u2019une mol\u00e9cule d\u2019ATP pour \u00ab activer \u00bb le r\u00e9sidu d\u2019acide amin\u00e9 en le transformant en aminoacyl ad\u00e9nyl\u00e9, c\u2019est-\u00e0-dire li\u00e9 \u00e0 une mol\u00e9cule d\u2019AMP.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Zamecnik PC, Keller EB Relation between phosphate energy donors and incorporation of labeled amino acids into proteins<\/i> (1954)
\nZamecnik PC, Keller EB Relation between phosphate energy donors and incorporation of labeled amino acids into proteins<\/i> (1954)
\nHoagland MB, Keller EB, Zamecnik PC Enzymatic carboxyl activation of amino acids<\/i> (1956)
\nHoagland MB, Stephenson ML, Scott JF, Hecht LI, Zamecnik PC A Soluble Ribonucleic Acid Intermediate in Protein Synthesis<\/i> (1958)<\/span><\/p>\n \n

Les bact\u00e9ries ont des ennemis : des virus appel\u00e9s \u00ab bact\u00e9riophages \u00bb. Ceux-ci ont un comportement apparemment impr\u00e9visible : apr\u00e8s avoir infect\u00e9 la bact\u00e9rie en lui injectant leur ADN, (i) ils s\u2019approprient la machinerie de transcription et de traduction de leur h\u00f4te, se multiplient et font \u00e9clater la cellule (cycle lytique) ; Seymour S. Cohen (Rockefeller Institute<\/i>), un \u00e9l\u00e8ve d\u2019Erwin Chargaff, a montr\u00e9 que l\u2019infection d\u2019une bact\u00e9rie par un phage provoque une d\u00e9gradation de l\u2019ADN bact\u00e9rien et l\u2019arr\u00eat de la synth\u00e8se des prot\u00e9ines bact\u00e9riennes au profit de celles du phage ; (ii) ils ins\u00e8rent discr\u00e8tement leur g\u00e9nome dans le g\u00e9nome bact\u00e9rien et restent \u00e0 l\u2019\u00e9tat latent (cycle lysog\u00e9nique). Andr\u00e9 Lwoff (Institut Pasteur, Paris), d\u00e9couvreur de la lysog\u00e9nie, a baptis\u00e9 \u00ab prophages \u00bb ces phages, dits temp\u00e9r\u00e9s. Esther M. Lederberg et Joshua Lederberg (Yale University<\/i>) furent parmi les premiers \u00e0 \u00e9tudier ce ph\u00e9nom\u00e8ne (ainsi que la conjugaison, l\u2019\u00e9change de g\u00e8nes entre bact\u00e9ries de la m\u00eame esp\u00e8ce). Esther effectua l\u2019essentiel du travail exp\u00e9rimental et Joshua re\u00e7ut le prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine 1958, \u00e0 l\u2019\u00e2ge de 33 ans ! <\/p>\n \n

A l\u2019Institut Pasteur, deux groupes de chercheurs \u00e9tudiaient le ph\u00e9nom\u00e8ne \u00ab d\u2019induction \u00bb : celui de Lwoff, avec Fran\u00e7ois Jacob et Elie Wollman, s\u2019int\u00e9ressait \u00e0 l\u2019induction de phages dans des bact\u00e9ries lysog\u00e8nes (Pseudomona pyocanea<\/i>) soumises \u00e0 une irradiation par un rayonnement UV ; celui de Jacques Monod, avec l\u2019association de Melvin Cohn, Arthur Pardee, Fran\u00e7ois Gros et Fran\u00e7ois Jacob, \u00e9tudiait l\u2019induction enzymatique par les \u03b2-galactosides de la \u03b2-galactosidase d\u2019Escherichia coli<\/i>. Dans les deux cas, la synth\u00e8se prot\u00e9ique se faisait sur les ribosomes bact\u00e9riens mais, dans certaines conditions exp\u00e9rimentales, le ph\u00e9nom\u00e8ne d\u2019induction \u00e9tait si rapide que l\u2019on ne pouvait pas l\u2019attribuer \u00e0 une augmentation du nombre de ribosomes. Je rappelle que chez les procaryotes l\u2019absence d\u2019enveloppe nucl\u00e9aire fait que g\u00e9nome et machinerie de synth\u00e8se prot\u00e9ique coexistent dans le m\u00eame compartiment cellulaire. Entre ces deux entit\u00e9s, il devait exister un interm\u00e9diaire, probablement un messager de nature ribonucl\u00e9otidique ; Jacob le baptisa : \u00ab interm\u00e9diaire X \u00bb. En 1960, au cours d\u2019une r\u00e9union avec Sydney Brenner et Francis Crick, Jacob leur r\u00e9suma ses r\u00e9sultats et son hypoth\u00e8se de l\u2019existence d\u2019un interm\u00e9diaire instable et \u00e0 vie courte. Brenner mentionna alors les r\u00e9sultats d\u2019exp\u00e9riences sur Escherichia coli<\/i> infect\u00e9e par le bact\u00e9riophage T2, publi\u00e9s cinq ans plus t\u00f4t par Elliot Volkin et Lazarus Astrachan (Oak Ridge National Laboratory<\/i>). Volkin et Astrachan avaient d\u00e9tect\u00e9, apr\u00e8s l\u2019infection, l\u2019apparition d\u2019une grande quantit\u00e9 d\u2019ARN pr\u00e9c\u00e9dant celle d\u2019ADN et de prot\u00e9ines du phage ; cet ARN avait le m\u00eame rapport des proportions de bases que l\u2019ADN du phage T2. Volkin et Astrachan lui donn\u00e8rent le nom de \u00ab DNA like RNA<\/i> \u00bb. Ils pensaient avoir affaire \u00e0 un pr\u00e9curseur de l\u2019ADN ce qui, compte tenu de ce que l\u2019on savait d\u00e9j\u00e0 du fonctionnement de l\u2019ADN polym\u00e9rase de Kornberg, \u00e9tait peu vraisemblable. Les r\u00e9sultats de Volkin et Astrachan rest\u00e8rent confidentiels pendant cinq ans ! Le DNA like RNA<\/i> ressemble \u00e0 l\u2019interm\u00e9diaire X instable qui appara\u00eet lors de l\u2019induction de la \u03b2-galactosidase. Pour tester cette hypoth\u00e8se, Jacob et Brenner, dans le laboratoire de Max Delbr\u00fcck (California Institute of Technology<\/i>), utilis\u00e8rent la strat\u00e9gie exp\u00e9rimentale que Meselson et Stahl avaient utilis\u00e9e pour d\u00e9montrer que la r\u00e9plication est semi conservative. Pour Jacob et Brenner, il fallait montrer que l\u2019interm\u00e9diaire X, apparaissant apr\u00e8s l\u2019infection de Coli par un phage, s\u2019associait aux ribosomes marqu\u00e9s avec des isotopes lourds avant infection par le phage. Apr\u00e8s centrifugation en gradient de densit\u00e9 de chlorure de c\u00e9sium, la fixation de l\u2019interm\u00e9diaire X sur les ribosomes \u00e9tait d\u00e9termin\u00e9e en mesurant, dans les fractions, l\u2019absorption UV et la radioactivit\u00e9. Des exp\u00e9riences compl\u00e9mentaires pour prouver que les ribosomes ayant charg\u00e9 l\u2019interm\u00e9diaire X fabriquent les prot\u00e9ines du phage furent effectu\u00e9es par Brenner \u00e0 Cambridge. La recherche du second interm\u00e9diaire (apr\u00e8s l\u2019ARNt) intervenant dans la synth\u00e8se prot\u00e9ique avait abouti. Les articles de Fran\u00e7ois Gros, Walter Gilbert, Howard Hiatt et James Watson (Harvard University<\/i>), et de Fran\u00e7ois Jacob, Sidney Brenner et Matthew S. Meselson (California Institute of Technology, Pasadena<\/i>) furent publi\u00e9s en 1961. L\u2019ARN messager fut isol\u00e9 par trois groupes de chercheurs travaillant ind\u00e9pendamment, dont celui de Samuel Weiss. En biologie mol\u00e9culaire, la d\u00e9couverte de l\u2019ARNm est l\u2019une des plus importantes apr\u00e8s celle de la double h\u00e9lice.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Lwoff A, Gutman A Recherches sur un Bacillius megaterium<\/i> lysog\u00e8ne (1950)
\nLwoff A, Siminovitch L, Kjelgaard N Induction de production de phage dans une bact\u00e9rie lysog\u00e8ne (1950)
\nLederberg EM, Lederberg J Genetic Studies of Lysogenicity in Escherichia Coli<\/i> (1953)
\nJacob F, Wollman EL Recherches sur les bact\u00e9ries lysog\u00e8nes d\u00e9fectives. I. D\u00e9terminisme g\u00e9n\u00e9tique de la morphogen\u00e8se chez un bact\u00e9riophage temp\u00e9r\u00e9 (1956)
\nPardee AB, Jacob F, Monod J The genetic control and cytoplasmic expression of \u201cInducibility\u201d in the synthesis of \u03b2-galactosidase by E. coli<\/i> (1959)
\nVolkin E, Astrachan L Phosphorus incorporation in Escherichia coli ribonucleic acid after infection with bacteriophage T2<\/i> (1956)
\nBrenner S, Jacob F, Meselson M An unstable intermediate carrying information from genes to ribosomes for protein synthesis<\/i> (1961)
\nGros F, Gilbert W, Hiatt H, Kurland CG, Risebrough RW, Watson JD (1961) Unstable ribonucleic acid revealed by pulse labelling of Escherichia coli<\/i> (1961)
\nJacob F, Monod J (1961) Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins<\/i> (1961)<\/span><\/p>\n\n\n

<\/a>\u00ab Breaking the genetic code \u00bb <\/i><\/b><\/span><\/h3>\n

Au d\u00e9but des ann\u00e9es 1960, l\u2019existence d\u2019un code g\u00e9n\u00e9tique appara\u00eet comme plus que probable et l\u2019on soup\u00e7onne qu\u2019il est compos\u00e9 de triplets de bases ; reste \u00e0 le d\u00e9montrer. La r\u00e9ponse \u00e0 ces interrogations fut d\u2019abord recherch\u00e9e par une approche th\u00e9orique. J\u2019ai mentionn\u00e9 dans le sous-chapitre pr\u00e9c\u00e9dent l\u2019hypoth\u00e8se formul\u00e9e par Gamov \u00e0 la suite de la publication de l\u2019article de Watson et Crick sur la structure en double h\u00e9lice de l\u2019ADN. Gamov proposait, entre autres choses, que la s\u00e9lection des acides amin\u00e9s soit impos\u00e9e par un code (baptis\u00e9 diamond code<\/i>) form\u00e9 de triplets de bases nucl\u00e9otidiques, une hypoth\u00e8se qui s\u2019imposa \u00e0 Crick (Department of Physics, The Cavendish Laboratory, University of Cambridge<\/i>). Un code constitu\u00e9 de triplets implique l\u2019existence de redondances : plusieurs triplets peuvent coder pour le m\u00eame acide amin\u00e9 puisque le code \u00e0 trois bases offre 64 possibilit\u00e9s pour 20 acides amin\u00e9s. Francis Crick, John Griffith et le chimiste Leslie Orgel imagin\u00e8rent un mod\u00e8le de \u00ab codes sans virgules \u00bb (Codes without Commas<\/i>), une succession de triplets avec un seul point de d\u00e9part et un seul cadre de lecture. Un tel code comprendrait 20 \u00ab triplets sens \u00bb (the magic twenties<\/i>) et 44 \u00ab triplets non-sens \u00bb. Ce mod\u00e8le, bien que loin de satisfaire ses auteurs, fut publi\u00e9 et compl\u00e9t\u00e9 par un article sur la mutagen\u00e8se. Ce fut une base de r\u00e9flexion pour l\u2019exp\u00e9rience qu\u2019allait r\u00e9aliser Brenner et Crick – modifier un g\u00e8ne du bact\u00e9riophage T4 d\u2019Escherichia coli<\/i> – dans l\u2019espoir d\u2019aboutir \u00e0 la r\u00e9solution de la nature du code en \u00e9vitant la laborieuse approche de la biochimie.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Crick FHC, Griffith JS, Orgel LE Codes without Commas<\/i> (1957)
\nBrenner S, Barnett L, Crick FHC, Orgel A The theory of mutagenesis<\/i> (1961)<\/span><\/p>\n \n

Note : L\u2019appellation \u00ab codon \u00bb fut invent\u00e9e par Sydney Brenner vers le milieu des ann\u00e9es 1950<\/span><\/p>\n\n

Sans aller dans les d\u00e9tails, je voudrais revenir sur l\u2019exp\u00e9rience de Crick et Brenner bri\u00e8vement \u00e9voqu\u00e9e dans le sous-chapitre pr\u00e9c\u00e9dant. Il s\u2019agissait de r\u00e9pondre \u00e0 la question : le code est-il constitu\u00e9 de triplets de bases ? L\u2019approche exp\u00e9rimentale consistait \u00e0 \u00e9valuer la fonctionnalit\u00e9 d\u2019un g\u00e8ne lorsqu\u2019on modifie son cadre de lecture en ajoutant ou supprimant une ou plusieurs bases nucl\u00e9otidiques. Crick et Brenner s\u00e9lectionn\u00e8rent le g\u00e8ne rII du bact\u00e9riophage T4, qui code pour une prot\u00e9ine exprim\u00e9e dans les premi\u00e8res minutes suivant l\u2019infection d\u2019Escherichia coli<\/i> par T4. Le g\u00e8ne rII comprend deux cistrons contigus, A et B, codant pour les prot\u00e9ines rIIA et rIIB, qui sont exprim\u00e9es s\u00e9quentiellement. Le phage T4 pr\u00e9sente un taux \u00e9lev\u00e9 de recombinaison par crossing over<\/i> ; la prot\u00e9ine rIIB<\/i> jouerait un r\u00f4le dans la recombinaison g\u00e9n\u00e9tique. Seymour Benzer (Purdue University<\/i>) a observ\u00e9 que dans une souche d\u2019Escherichia coli<\/i> r\u00e9sistante \u00e0 l\u2019infection, le g\u00e8ne rII de T4 \u00e9tait mut\u00e9.<\/p>\n \n

La proflavine induit des mutations en divers sites du g\u00e8ne rII ; ce d\u00e9riv\u00e9 de l\u2019acriflavine (diamino 3,6 acridine) est utilis\u00e9 en th\u00e9rapeutique pour ses propri\u00e9t\u00e9s bact\u00e9riostatiques ; c\u2019est aussi un agent intercalant s\u2019ins\u00e9rant entre deux bases de l\u2019ADN. Le phage T4 se reproduit tr\u00e8s rapidement dans son h\u00f4te ; lors de la r\u00e9plication, la polym\u00e9rase place une base en face de l\u2019agent intercalant, introduisant ainsi une nouvelle base dans le brin n\u00e9o synth\u00e9tis\u00e9. E. Freeze a montr\u00e9 que la proflavine provoque des \u00ab mutations par transition \u00bb (une purine \u00e0 la place d\u2019une autre purine) et par \u00ab transversion \u00bb (une purine \u00e0 la place d\u2019une pyrimidine) ; Crick et Brenner montr\u00e8rent qu\u2019elle provoque aussi des mutations par addition ou d\u00e9l\u00e9tion de bases ; ils les ont appel\u00e9es \u00abplus frameshift mutation<\/i> \u00bb (addition) et \u00abminus frameshift mutation<\/i> \u00bb (soustraction). Sur le plan exp\u00e9rimental, Escherichia coli<\/i>, cultiv\u00e9 en bo\u00eetes de p\u00e9tri, sur un milieu solide, donne naissance \u00e0 un tapis de cellules. Le bact\u00e9riophage T4 – souche \u00ab sauvage \u00bb, mut\u00e9e ou recombin\u00e9e \u2013 est incub\u00e9 dans un milieu de culture contenant Escherichia Coli<\/i> ; on obtient une suspension de phages, de bact\u00e9ries lys\u00e9es et de quelques bact\u00e9ries intactes. Une goutte de ce milieu dilu\u00e9 est d\u00e9pos\u00e9e sur une plaque de p\u00e9tri tapiss\u00e9e d\u2019une couche de cellules bact\u00e9riennes. Une bact\u00e9rie infect\u00e9e donne naissance \u00e0 une petite colonie (une \u00ab plaque \u00bb) ; chaque plaque est issue d\u2019une seule bact\u00e9rie infect\u00e9e ; son apparence est caract\u00e9ristique du g\u00e8ne sauvage (ph\u00e9notype clear plaque<\/i>) ou mut\u00e9 (ph\u00e9notype cloudy plaque<\/i> d\u00fb \u00e0 la pr\u00e9sence de quelques bact\u00e9ries survivantes). On peut ainsi isoler un phage mut\u00e9 parmi des centaines de souches sauvages. L\u2019inverse, la reconnaissance de T4 sauvage parmi des centaines de souches mut\u00e9es, se fait par le pouvoir lytique du phage sur E. coli<\/i>. J\u2019ai mentionn\u00e9 plus haut que le taux de recombinaison est \u00e9lev\u00e9 chez T4. Si on co-infecte E. coli<\/i> avec deux phages mut\u00e9s dans deux g\u00e8nes diff\u00e9rents, la compl\u00e9mentation entre les produits des deux g\u00e8nes mut\u00e9s (ou l\u2019absence de compl\u00e9mentation) permet de reconna\u00eetre si l\u2019on est revenu (ou pas) au type sauvage (lyse de E. coli<\/i>). Crick et Brenner ont multipli\u00e9 les exp\u00e9riences de co-infection avec des phages comportant un nombre de mutations allant de deux \u00e0 six ; seules les co-infections avec trois ou six mutations ont permis de restaurer le ph\u00e9notype sauvage. Le laborieux travail de Crick et Brenner a abouti \u00e0 un certain nombre de conclusions et de confirmations : (i) le code g\u00e9n\u00e9tique est form\u00e9 de codons de trois bases nucl\u00e9otidiques ; (ii) un triplet sp\u00e9cifie un acide amin\u00e9 ; (iii) il existe des codons non-sens ; (iv) le code g\u00e9n\u00e9tique est d\u00e9g\u00e9n\u00e9r\u00e9. En \u00e9tablissant une cartographie d\u00e9taill\u00e9e (jusqu\u2019\u00e0 l\u2019\u00e9chelle du nucl\u00e9otide) des mutations sur les g\u00e9nes rIIA et rIIB, Seymour Benzer avait montr\u00e9 que les codons sont align\u00e9s (la carte est lin\u00e9aire) et ne se \u00ab chevauchent \u00bb pas. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Benzer S Fine structure of a genetic region in bacteriophage<\/i> (1955)
\nBrenner S, Benzer S, Barnett L Distribution of proflavin-induced mutations in the genetic fine structure<\/i> (1958)
\nFreese E On the molecular explanation of spontaneous and induced mutations<\/i> (1959)
\nBenzer S On the topography of the genetic fine structure<\/i> (1961)
\nCrick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ General nature of the genetic code for proteins<\/i> (1961)
\nHeere LJ, Karam JD Analysis of Expressions of the rII Gene Function of Bacteriophage T4<\/i> (1975)<\/span><\/p>\n\n \n

Finalement, c\u2019est l\u2019approche exp\u00e9rimentale des biochimistes qui a permis de r\u00e9pondre aux deux questions sur l\u2019existence et la nature du code. Lorsque Marshall W. Nirenberg (National Institute of Arthritic and Metabolic Diseases, Bethesda<\/i>) commen\u00e7a \u00e0 s\u2019int\u00e9resser au mode de transmission de l\u2019information de l\u2019ADN aux prot\u00e9ines, la notion d\u2019ARN interm\u00e9diaire \u00e9tait encore vague. Johann H. Matthaei pr\u00e9para un syst\u00e8me de synth\u00e8se prot\u00e9ique in vitro<\/i> \u00e0 partir d\u2019un extrait d\u2019Escherichia coli<\/i> trait\u00e9 \u00e0 la ribonucl\u00e9ase pour d\u00e9truire les ARN pr\u00e9sents dans le milieu, sauf les ARNr prot\u00e9g\u00e9s par leur association avec les prot\u00e9ines ribosomiales ; l\u2019extrait fut additionn\u00e9 avec le m\u00e9lange des vingt acides amin\u00e9s, dont la plupart \u00e9taient marqu\u00e9s avec un isotope radioactif. Le syst\u00e8me fut programm\u00e9 avec un ARN viral et, dans l\u2019exp\u00e9rience \u00ab t\u00e9moin \u00bb, avec un polyuridylate (UUUUUUUUU\u2026) obtenu en incubant la polynucl\u00e9otide phosphorylase de Grunberg-Manago et Ochoa en pr\u00e9sence d\u2019uridine (U). Dans le mod\u00e8le du code sans virgule, les triplets de trois bases identiques (AAA, GGG, CCC, UUU) \u00e9taient non-sens (codons stop). A la surprise de Matthaei, le syst\u00e8me acellulaire t\u00e9moin avait synth\u00e9tis\u00e9 un polypeptide constitu\u00e9 uniquement de ph\u00e9nylalanine (F-F-F\u2026). Pour la premi\u00e8re fois l\u2019on \u00e9tablissait une correspondance entre une s\u00e9quence ribonucl\u00e9otidique et un acide amin\u00e9. Ce r\u00e9sultat, pr\u00e9sent\u00e9 en ao\u00fbt 1961 \u00e0 l\u2019International Congress of Biochemistry<\/i>, \u00e0 Moscou, devant un public restreint faillit passer inaper\u00e7u ! Trois ans plus tard, Nirenberg et Philip Leder franchirent une \u00e9tape suppl\u00e9mentaire en montrant que le syst\u00e8me acellulaire de synth\u00e8se prot\u00e9ique programm\u00e9 avec un polyU fixe le phenylalanyl-ARNtPhe<\/sup> \u00e0 l\u2019exclusion de tout autre aminoacyl-ARNt. En utilisant la m\u00eame approche exp\u00e9rimentale, on a montr\u00e9 que le polycytidilate (CCCCCCCCC\u2026) code pour la polyproline (P-P-P\u2026) ; le polyad\u00e9nylate (AAAAAA\u2026), pour la polylysine (Y-Y-Y\u2026).<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Matthaei HJ, Nirenberg MW Characteristics and Stabilization of DNAase Sensitive Protein Synthesis in E. coli Extracts<\/i> (1961)
\nNirenberg MW, Matthaei HJ The Dependence of Cell-Free Protein Synthesis in E. coli upon Naturally Occuring or Synthetic Polyribonucleotides<\/i> (1961)
\nMatthaei HJ, Jones OW, Martin RG, Nirenberg MW Characteristics and composition of RNA coding units<\/i> (1962)
\nLeder P, Nirenberg MW RNA Codewords and Protein Synthesis. The Effect of Trinucleotides upon the Binding of sRNA to Ribosomes<\/i> (1964)
\nLeder P, Nirenberg MW RNA Codewords and Protein Synthesis, III. On the Nucleotide Sequence of a Cysteine and a Leucine RNA Codeword<\/i> (1964)<\/span><\/p>\n \n

L\u2019hypoth\u00e8se du triplet fut confirm\u00e9e par le r\u00e9sultat des exp\u00e9riences de synth\u00e8se prot\u00e9ique in vitro<\/i> d\u2019Har Gobind Khorana (The University of Wisconsin, Madison, puis Massachusetts Institute of Technology<\/i>). Khorana \u00e9tudia la chimie dans sa province natale du Punjab, qu\u2019il quitta lorsqu\u2019elle passa sous juridiction pakistanaise, apr\u00e8s la partition du sous-continent indien. Il compl\u00e9ta sa formation de chimiste organicien par un PhD<\/i> \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Liverpool, un s\u00e9jour \u00e0 Zurich dans le laboratoire de Vladimir Prelog (prix Nobel de chimie, 1975) et dans celui d\u2019Alexander R. Todd, un sp\u00e9cialiste de la chimie des nucl\u00e9otides qui fut \u00e0 deux doigts de d\u00e9couvrir la structure de l\u2019ADN. Pendant le s\u00e9jour de Khorana \u00e0 Cambridge, Frederick Sanger achevait la s\u00e9quence de l\u2019insuline et Max Perutz, la structure tridimensionnelle de la myoglobine. Pour r\u00e9soudre le probl\u00e8me du code, Khorana adopta d\u2019abord la strat\u00e9gie exp\u00e9rimentale de Marshall Nirenberg et Philip Leder ; il synth\u00e9tisa des polyribonucl\u00e9otides form\u00e9s, non pas d\u2019une seule base, mais d\u2019une alternance de deux bases (UCUCUCUCU\u2026), trois bases (AUGAUGAUG\u2026), quatre bases\u2026 Les polyribonucl\u00e9otides, amplifi\u00e9s par l\u2019ARN polym\u00e9rase (Khorana inventa la Polymerase Chain Reaction<\/i> avant la lettre), repr\u00e9sentaient une quantit\u00e9 suffisante d\u2019ARNm pour programmer le syst\u00e8me acellulaire de synth\u00e8se prot\u00e9ique. Les polypeptides synth\u00e9tis\u00e9s \u00e9taient isol\u00e9s et s\u00e9quenc\u00e9s. Un probl\u00e8me se posa d\u2019embl\u00e9e : en utilisant plusieurs bases, leur r\u00e9partition dans la s\u00e9quence du polypeptide se faisait au hasard et il devenait tr\u00e8s difficile d\u2019\u00e9tablir une correspondance entre s\u00e9quence nucl\u00e9otidique et s\u00e9quence des acides amin\u00e9s. Il fallait changer de strat\u00e9gie exp\u00e9rimentale. Khorana recourut \u00e0 la chimie en milieu non-aqueux combin\u00e9e \u00e0 l\u2019utilisation de polym\u00e9rases et de ligases, pour synth\u00e9tiser des polyd\u00e9soxyribonucl\u00e9otides dont la taille s\u2019allongea jusqu\u2019\u00e0 atteindre celle de mini-g\u00e8nes. En comparant leurs s\u00e9quences avec celles des peptides synth\u00e9tis\u00e9s, Khorana confirma que le code g\u00e9n\u00e9tique est form\u00e9 de triplets (codons) ; il identifia les codons de la s\u00e9rine (UCU), de la leucine (CUC) et les codons STOP qui interrompent la traduction : UAG, UAA, UGA.<\/p>\n \n

En 1972, Walter Fiers et ses collaborateurs (Laboratory of Molecular Biology, Universiteit Gent<\/i>, Belgique) apport\u00e8rent une preuve directe que la machinerie de transcription et de synth\u00e8se prot\u00e9ique lit le code g\u00e9n\u00e9tique de mani\u00e8re s\u00e9quentielle et par triplets. Le g\u00e9nome du bact\u00e9riophage MS2 est un ARN. La prot\u00e9ine d\u2019enveloppe. Fiers \u00e9tablit la s\u00e9quence nucl\u00e9otidique compl\u00e8te du g\u00e8ne de la prot\u00e9ine d\u2019enveloppe du virus. C\u2019est le premier g\u00e8ne dont on ait \u00e9tabli la s\u00e9quence. Il la compara \u00e0 la s\u00e9quence des 128 r\u00e9sidus d\u2019acides amin\u00e9s de la prot\u00e9ine d\u2019enveloppe. Les deux s\u00e9quences s\u2019alignaient parfaitement ; chaque codon du g\u00e8ne \u00e9tait dispos\u00e9 dans le m\u00eame ordre que l\u2019acide amin\u00e9 correspondant. En 1976, Khorana parvint \u00e0 un r\u00e9sultat similaire apr\u00e8s avoir synth\u00e9tis\u00e9 un g\u00e8ne et compar\u00e9 sa s\u00e9quence \u00e0 celle du polypeptide obtenu par transcription et traduction in vitro<\/i>. Le d\u00e9chiffrage complet des 64 triplets du code g\u00e9n\u00e9tique fut achev\u00e9 en 1966. En 1968, Khorana partagea le prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine avec Robert W. Holley et Marshall Nirenberg. En 1976, Fiers \u00e9lucida la premi\u00e8re s\u00e9quence compl\u00e8te d\u2019un g\u00e9nome viral, celui du bact\u00e9riophage MS2.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Khorana HG, B\u00fcchi H, Ghosh H, Gupta N, Jacob TM, Kossel H, Morgan R, Narang SA, Ohtsuka E, Wells RD Polynucleotide synthesis and the genetic code<\/i> (1966)
\nMin Jou W, Haegeman G, Ysebaert M, Fiers W Nucleotide sequence of the gene coding for the bacteriophage MS2 coat protein<\/i> (1972)
\nFiers W, Contreras R, Duerinck F, Haegeman G, Iserentant D, Merregaert J, Min Jou W, Molemans F, Raeymaekers A, Van den Berghe A, Volckaert G, Ysebaert M Complete nucleotide-sequence of bacteriophage MS2-RNA – primary and secondary structure of the replicase gene<\/i> (1976)<\/span><\/p>\n\n

<\/a>ARN polym\u00e9rases<\/b><\/span><\/h3>\n

L\u2019\u00e2pre comp\u00e9tition entre laboratoires pour d\u00e9couvrir l\u2019ARN polym\u00e9rase ADN-d\u00e9pendante a \u00e9t\u00e9 relanc\u00e9e lorsqu\u2019il fut \u00e9tabli que la polynucl\u00e9otide phosphorylase de Marianne Grunberg Manago et Severo Ochoa n\u2019est pas ADN-d\u00e9pendante \u2013 dans la cellule, elle fonctionne comme une ribonucl\u00e9ase ! Parmi les vainqueurs de la comp\u00e9tition, dont les articles furent publi\u00e9s simultan\u00e9ment en 1960, figure Audrey Stevens, une \u00e9tudiante postdoctorale qui faillit coiffer sur le poteau tous les groupes lanc\u00e9s dans la qu\u00eate de l\u2019ARN polym\u00e9rase ADN-d\u00e9pendante. <\/p>\n \n

En 1959, Samuel B. Weiss (Department of Biochemistry, University of Chicago<\/i>) mit en \u00e9vidence dans une fraction nucl\u00e9aire de foie de rat un enzyme catalysant l\u2019incorporation de P32<\/sup>CTP dans de l\u2019ARN en pr\u00e9sence d\u2019ATP, UTP, GTP ou CTP. L\u2019absence de l\u2019un des quatre ribonucl\u00e9osides triphosphates dans le milieu d\u2019incubation diminuait le taux d\u2019incorporation ; par contre le taux d\u2019incorporation \u00e9tait peu sensible \u00e0 un traitement \u00e0 la d\u00e9soxyribonucl\u00e9ase. Le produit form\u00e9 \u00e9tait sensible \u00e0 la RNAse et lib\u00e9rait du P32<\/sup>CTP par hydrolyse alcaline. En 1960, Weiss et Tokimasa Nakamoto (Argonne Cancer Research Hospital<\/i>) isol\u00e8rent l\u2019ARN polym\u00e9rase ADN-d\u00e9pendante de la bact\u00e9rie Micrococcus lysodeikticus<\/i>. L\u2019ARN synth\u00e9tis\u00e9 avait la m\u00eame composition nucl\u00e9otidique que l\u2019ADN ayant servi de matrice. La m\u00eame ann\u00e9e, Jerard Hurwitz (New York University School of Medicine<\/i>) isola, \u00e0 partir d\u2019Escherichia Coli<\/i>, un enzyme r\u00e9pondant \u00e0 tous les crit\u00e8res requis : synth\u00e8se d\u2019ARN seulement en pr\u00e9sence des quatre nucl\u00e9otides ; stimulation du taux d\u2019incorporation des nucl\u00e9otides marqu\u00e9s apr\u00e8s addition d\u2019ADN de diff\u00e9rentes sources ; inhibition par l\u2019addition de ADNase ou de ARNase. En 1960, parut un article d\u2019Audrey Stevens qui, dans le laboratoire de L\u00e9on A. Heppel (National Institute of Health, Bethesda<\/i>), rapportait la pr\u00e9sence, dans des extraits d\u2019Escherichia Coli<\/i>, d\u2019un enzyme incorporant P32<\/sup>ATP dans de l\u2019ARN en pr\u00e9sence des quatre nucl\u00e9otides ; l\u2019activit\u00e9 d\u00e9tect\u00e9e \u00e9tait sensible \u00e0 la RNAse. Ru-Chih C. Huang, dans le laboratoire de James Bonner (California Institute of Technology<\/i>), caract\u00e9risa, dans des extraits d\u2019embryons de pois, la premi\u00e8re ARN-polym\u00e9rase chez les plantes. <\/p>\n \n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Weiss SB, Gladstone L A Mammalian System for the Incorporation of Cytidine Triphosphate into Ribonucleic Acid<\/i> (1959)
\nWeiss SB, Nakamoto T Net Synthesis of Ribonucleic Acid with a Microbial Enzyme Requiring Deoxyribonucleic Acid and Four Ribonucleosides Triphosphates<\/i> (1960)
\nHurwitz J, Bressler A, Diriger R The enzymic incorporation of ribonucleotides into polyribonucleotides and the effect of DNA<\/i> (1960)
\nStevens A Incorporation of the adenine ribonucleotide into RNA by cell fractions from E. coli B<\/i> (1960)
\nHuang RC, Maheshwari N, Bonner J Enzymatic synthesis of RNA<\/i> (1960)<\/p>\n \n

Les cellules procaryotes n\u2019ont qu\u2019une ARN polym\u00e9rase ADN-d\u00e9pendante; les cellules eucaryotes ont en trois : l\u2019ARN polym\u00e9rase I transcrit l\u2019ARN les g\u00e8nes des pr\u00e9curseurs des ARNr 28S, 18S, 5,8S ; l\u2019ARN polym\u00e9rase II transcrit les g\u00e8nes des ARNm ; l\u2019ARN polym\u00e9rase III transcrit les g\u00e8nes de l\u2019ARN de transfert (ARNt), des petits ARN : ARNsn (small nuclear<\/i>), ARNsi (small interfering<\/i>), microARN (ARNmi), ARNr 5S, ARN 7S, et les ARN du splic\u00e9osome : ARNsn U1 \u00e0 ARNsn U6, ARN de vo\u00fbte (ARNv) associ\u00e9 aux pores nucl\u00e9aires\u2026 L\u2019ARN polym\u00e9rase ADN-d\u00e9pendante est un complexe enzymatique dont l\u2019activit\u00e9 \u2013 la \u00ab transcription \u00bb selon le terme propos\u00e9 par Sol Spiegelman et Masaki Hayashi \u2013 est hautement r\u00e9gul\u00e9e par des facteurs de transcription. En 2003, David A. Bushnell et Roger D. Kornberg (Stanford University<\/i>), le fils d\u2019Arthur Kornberg, r\u00e9solurent la structure cristallographique et le m\u00e9canisme d\u2019action \u00e0 l\u2019\u00e9chelle atomique de l\u2019ARN polym\u00e9rase II de Saccharomyces cerevisiae<\/i>. Kornberg re\u00e7ut le prix Nobel de chimie 2006.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Bushnell DA, Kornberg RD Complete RNA polymerase II at 4.1 \u00c5 resolution: implications for the initiation of transcription<\/i> (2003)<\/p>\n\n

Enzymes de restriction<\/b><\/span><\/h3>\n \n

Au d\u00e9but des ann\u00e9es 1950, Salvador Luria et son \u00e9tudiante, Mary Human (Indiana University, Bloomington<\/i>), comparaient l\u2019interaction de bact\u00e9riophages avec diff\u00e9rentes souches d\u2019Escherichia coli<\/i>. Ils observ\u00e8rent que les bact\u00e9riophages ayant infect\u00e9 certaines souches avaient subi des modifications – non-h\u00e9r\u00e9ditaires – qu\u2019ils baptis\u00e8rent \u00ab modification induite par l\u2019h\u00f4te \u00bb (host-induced modification<\/i>) et qui affectent la capacit\u00e9 des bact\u00e9riophages d\u2019infecter d\u2019autres souches de E. coli ou la bact\u00e9rie : Shigella dysenteriae<\/i>. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Luria S, Human M A nonhereditary, host-induced variation of bacterial viruses<\/i> (1952)<\/p>\n \n

Lorsqu\u2019un bact\u00e9riophage envahit une bact\u00e9rie il peut, selon les circonstances, opter pour deux cycles de vie : la multiplication imm\u00e9diate avec lyse de la bact\u00e9rie (cycle lytique), ou l\u2019int\u00e9gration de son g\u00e9nome dans le chromosome bact\u00e9rien – ou dans un plasmide. Le phage int\u00e9gr\u00e9 (prophage) se r\u00e9plique en m\u00eame temps que la bact\u00e9rie. Dans le laboratoire de Salvador Luria, Giuseppe Bertani \u00e9tudiait la lysog\u00e9nie sur une souche d\u2019Escherichia coli<\/i> (Lisbonne strain<\/i>) et une souche de Shigella<\/i>. Il montra que la production de phages, chez les bact\u00e9ries lysog\u00e8nes, est limit\u00e9e \u00e0 quelques rares \u00e9pisodes. Qu\u2019est-ce qui limite ? Parmi les trois phages – P1, P2, P3 – qui sont lib\u00e9r\u00e9s, Bertani concentra son \u00e9tude sur le phage non inductible P2. Avec Jean J. Weigle, ils montr\u00e8rent qu\u2019\u00e0 c\u00f4t\u00e9 du ph\u00e9nom\u00e8ne de lysog\u00e9nie coexiste un autre ph\u00e9nom\u00e8ne qu\u2019ils appel\u00e8rent \u00ab variation contr\u00f4l\u00e9e par l\u2019h\u00f4te \u00bb (host controlled variation<\/i>). Ce n\u2019est qu\u2019avec la d\u00e9couverte des endonucl\u00e9ases de restriction, quinze ans plus tard, que l\u2019on comprendra la signification et la port\u00e9e de ce ph\u00e9nom\u00e8ne.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Bertani G Studies on lysogenesis. 1. The mode of phage liberation by lysogenic Escherichia coli<\/i> (1951)
\nBertani G, Weigle JJ Host controlled variation in bacterial viruses<\/i> (1953)<\/p>\n \n

Apr\u00e8s sa th\u00e8se de doctorat sur les mutants d\u00e9fectifs du bact\u00e9riophage \u03bb (1958), au California Institute of Technology<\/i>, sous la direction de Jean J. Weigle, un disciple de Salvador Luria, Werner Arber poursuivit ses travaux dans son institution d\u2019origine (Institut de Biophysique, Facult\u00e9 des Sciences, Gen\u00e8ve). En virologie, le terme \u00ab restriction \u00bb fait allusion \u00e0 la restriction \u00e0 la r\u00e8gle de sensibilit\u00e9 des bact\u00e9ries aux bact\u00e9riophages. Au cours de son travail de th\u00e8se sur l\u2019infection par le bact\u00e9riophage \u03bb, Daisy Dussoix a d\u00e9couvert le syst\u00e8me de \u00ab restriction-modification de l\u2019ADN \u00bb (host-controlled modification<\/i>) qui prot\u00e8ge les bact\u00e9ries contre les infections virales. Les r\u00e9sultats des travaux qu\u2019elle a effectu\u00e9s avec Arber au d\u00e9but des ann\u00e9es 1960 ont montr\u00e9 que le ph\u00e9nom\u00e8ne de restriction consiste \u00e0 induire des changements dans l\u2019ADN du phage, aboutissant \u00e0 sa d\u00e9gradation. Les bact\u00e9ries poss\u00e8dent donc la capacit\u00e9 de contrecarrer l\u2019infection par un phage en d\u00e9truisant son ADN, m\u00eame si certains phages continuent \u00e0 \u00eatre exprim\u00e9s dans la bact\u00e9rie. Il restait \u00e0 apporter la preuve exp\u00e9rimentale que la bact\u00e9rie a la capacit\u00e9 de modifier l\u2019ADN viral. Arber avan\u00e7a la th\u00e9orie que chaque souche bact\u00e9rienne synth\u00e9tise une endonucl\u00e9ase capable de reconna\u00eetre une s\u00e9quence sp\u00e9cifique de nucl\u00e9otides dans un ADN \u00e9tranger, et de l\u2019exciser. Si chaque souche bact\u00e9rienne poss\u00e8de des nucl\u00e9ases, comment prot\u00e8ge-t-elle son ADN contre l\u2019action de ces enzymes ? Je rappelle que chez les procaryotes l\u2019ADN chromosomique n\u2019est pas prot\u00e9g\u00e9 par une enveloppe nucl\u00e9aire, comme dans les cellules eucaryotes. En 1968, Stuart Lin et Arber ont d\u00e9crit la pr\u00e9sence, dans une souche d\u2019Escherichia coli<\/i>, d\u2019un enzyme dont l\u2019activit\u00e9 requiert la pr\u00e9sence de S-ad\u00e9nosyl-m\u00e9thionine, un coenzyme donneur de groupes m\u00e9thyl ; une incubation de l\u2019ADN de la forme r\u00e9plicative du phage fd avec cet enzyme conf\u00e8re \u00e0 l\u2019ADN viral une r\u00e9sistance \u00e0 la restriction. La protection de l\u2019ADN bact\u00e9rien est assur\u00e9e par des m\u00e9thylases, qui ajoutent des groupes m\u00e9thyl sur des sites sp\u00e9cifiques de l\u2019ADN.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Arber W, Dussoix D Host specificity of DNA produced by Escherichia coli. I. Host controlled modification of bacteriophage lambda<\/i> (1962)
\nDussoix D, Arber W Host specificity of DNA produced by Escherichia coli. II. Control over acceptance of DNA from infecting phage lambda<\/i> (1962)
\nArber W, Hattman S, Dussoix D On the Host-Controlled Modification of Bacteriophage Lambda<\/i> (1963)
\nLinn S, Arber W Host specificity of DNA produced by Escherichia coli, X. In vivo restriction of phage fd replicative form<\/i> (1968)<\/p>\n \n

En r\u00e9sum\u00e9, le syst\u00e8me de restriction-modification permet \u00e0 Escherichia coli<\/i> de modifier son ADN ou celui des phages. L\u2019addition de groupes chimiques induit une r\u00e9sistance aux enzymes de restriction. Introduites dans l\u2019ADN d\u2019un phage, ces modifications affectent la capacit\u00e9 du virus \u00e0 \u00eatre accept\u00e9 ou rejet\u00e9 par un nouvel h\u00f4te. L\u2019absence de modification permet \u00e0 la bact\u00e9rie de d\u00e9tecter la pr\u00e9sence d\u2019un ADN \u00e9tranger, ce qui d\u00e9signe ce dernier \u00e0 la d\u00e9gradation. Pour un phage donn\u00e9, la sp\u00e9cificit\u00e9 de l\u2019h\u00f4te est encod\u00e9e dans son ADN ; la bact\u00e9rie h\u00f4te laisse une \u00ab signature \u00bb dans l\u2019ADN du phage qui l\u2019a infect\u00e9e. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Arber W Promotion and limitation of genetic exchange<\/i> (1979)<\/p>\n \n

La caract\u00e9risation des endonucl\u00e9ases de restriction fut laborieuse ; \u00e0 la fin des ann\u00e9es 1960, on n\u2019en connaissait que quatre. Les enzymes de Type I reconnaissent un site de restriction sp\u00e9cifique sur un ADN, mais ils le fragmentent au hasard, \u00e0 proximit\u00e9 ou \u00e0 distance du site de reconnaissance, ce qui rend impossible leur utilisation comme outils pour les manipulations g\u00e9n\u00e9tiques. Le premier enzyme de restriction de Type II – reconnaissant un site de restriction sp\u00e9cifique et coupant les deux brins d\u2019ADN exclusivement au niveau de ce site – fut isol\u00e9 par Hamilton O. Smith et coll. (Department of Microbiology, John Hopkins University School of Medicine<\/i>) \u00e0 partir d\u2019Haemophilus influenzae<\/i> infect\u00e9 par le bact\u00e9riophage P22.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Smith HO, Welcox KW A Restriction enzyme from Hemophilus influenzae: I. Purification and general properties<\/i> (1970)
\nKelly TJ, Smith HO A restriction endonuclease from Hemophilus influenzae. II. Base sequence of the recognition site<\/i> (1970)<\/p>\n \n

Cette d\u00e9couverte incita Daniels Nathans (Department of Microbiology, John Hopkins University School of Medicine, Baltimore<\/i>) \u00e0 envisager l\u2019utilisation d\u2019enzymes de restriction pour diss\u00e9quer le g\u00e9nome de SV40 (Simian Virus 40<\/i>), un virus oncog\u00e8ne \u00e0 ADN. Il demanda \u00e0 son \u00e9tudiant, Stuart Adler, de tester les quatre endonucl\u00e9ases connues sur cet ADN. Seule l\u2019endonucl\u00e9ase d\u00e9couverte par Smith coupe cet ADN en fragments sp\u00e9cifiques. Nathan, et son \u00e9tudiante gradu\u00e9e Kathleen J. Danna, s\u00e9par\u00e8rent les 11 fragments par \u00e9lectrophor\u00e8se en gel de polyacrylamide et \u00e9tablirent leur s\u00e9quence. En se basant sur les chevauchements de s\u00e9quences entre fragments, ils les align\u00e8rent et \u00e9tablirent une \u00e9bauche de carte g\u00e9nomique de l\u2019ADN de SV 40. La d\u00e9couverte de nouveaux enzymes de restriction de type II permit \u00e0 Nathan, Danna Adler, George Sack, et les autres membres du groupe de compl\u00e9ter cette premi\u00e8re carte du g\u00e9nomique, avec la position des sites de clivage. La collaboration du groupe de Nathans avec George Khoury et Malcolm Martin (Laboratory of Biology of Viruses National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health, Bethesda<\/i>) aboutit \u00e0 l\u2019\u00e9tablissement d\u2019une carte des ARNm du virus SV 40 et \u00e0 la localisation d\u2019un certain nombre de g\u00e8nes de structure : pour la premi\u00e8re fois, on disposait d\u2019une carte g\u00e9nomique d\u2019un virus \u00e0 ADN. Werner Arber, Daniels Nathans et Hamilton Smith partag\u00e8rent le prix Nobel de M\u00e9decine ou Physiologie 1978, pour la d\u00e9couverte des enzymes de restriction et leur application aux probl\u00e8mes de g\u00e9n\u00e9tique mol\u00e9culaire.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Danna KJ, Nathans D Specific cleavage of simian virus 40 DNA by restriction endonuclease of Hemophilus influenzae<\/i> (1971)
\nDanna KJ, Sack GH, Nathans D Studies of Simian virus 40 DNA: VII. A cleavage map of the SV40 genome<\/i> (1973)
\nKhoury G, Martin MA, Lee TNH, Danna KJ, Nathans D A map of simian virus 40 transcription sites expressed in productively infected cells<\/i> (1973)<\/p>\n \n

Les g\u00e9n\u00e9ticiens mol\u00e9culaires disposent, aujourd\u2019hui, de plusieurs centaines d\u2019enzymes de restriction. Ils sont nomm\u00e9s d\u2019apr\u00e8s leur origine : Bam<\/i>HI (Bacillus amyloliquefaciens<\/i>), Eco<\/i>RI (Escherichia coli<\/i>), Msp<\/i>I (Moraxella catarrhalis<\/i>), Sau<\/i>3A (Staphylococcus aureus<\/i> 3A), Kpn<\/i>I (Klebsiella pneumoniae<\/i>)\u2026 Les sites de restriction sont souvent palindromiques ; les s\u00e9quences nucl\u00e9otidiques identiques ont des orientations antiparall\u00e8les sur les deux brins ; par exemple, pour Bam<\/i>HI :<\/p>\n \n

GGATCC<\/b>
\nCCTAGG<\/b><\/p>\n \n

Apr\u00e8s coupure de l\u2019ADN, les deux brins situ\u00e9s aux extr\u00e9mit\u00e9s des fragments peuvent \u00eatre des bouts francs (blunt ends<\/i>) de longueur \u00e9gale, ou des bouts collants (sticky ends<\/i>) de longueur in\u00e9gale, ce qui facilite la recombinaison des fragments isol\u00e9s. Au cours des ann\u00e9es 1980, de nouvelles perspectives dans le domaine du clonage se sont ouvertes lorsqu\u2019on a d\u00e9couvert que les ADN d\u2019origine v\u00e9g\u00e9tale et animal sont des substrats pour les enzymes de restriction. <\/p>\n \n

Une nouvelle classe d\u2019enzymes de restriction, baptis\u00e9e Type IV, a fait son apparition dans les ann\u00e9es 1990. A la diff\u00e9rence des enzymes des classes I, II, et III, ils ne reconnaissent pas une s\u00e9quence sp\u00e9cifique de l\u2019ADN mais des sites portant des bases nucl\u00e9otidiques m\u00e9thyl\u00e9es : cytosine pour McrB et McrC (Modified cytosine restriction<\/i>) et ad\u00e9nine pour Mrr (Modified DNA rejection and restriction<\/i>) d\u2019Escherichia coli<\/i> ; cette modification doit \u00eatre situ\u00e9e \u00e0 l\u2019endroit ou \u00e0 proximit\u00e9 du site de clivage. Ces endonucl\u00e9ases sont constitu\u00e9es de deux domaines distincts (ou deux sous-unit\u00e9s), l\u2019une pour la reconnaissance du site et l\u2019autre pour la coupure de l\u2019ADN bi-cat\u00e9naire. Les enzymes de type IV ne coupent pas l\u2019ADN non-m\u00e9thyl\u00e9 ; ils n\u2019ont pas de m\u00e9thyltransf\u00e9rases correspondantes. Leur fonction principale est la protection d\u2019Escherichia coli<\/i> contre les bact\u00e9riophages dont l\u2019ADN a \u00e9t\u00e9 m\u00e9thyl\u00e9 par d\u2019autres bact\u00e9ries, et la r\u00e9gulations des modifications \u00e9pig\u00e9n\u00e9tiques qui affectent l’expression des g\u00e8nes sans en modifier la s\u00e9quence nucl\u00e9otidique.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Waite-Rees PA, Keating CJ, Moran LS, Slatko BE, Hornstra LJ, Benner JS Characterization and expression of the Escherichia coli Mrr restriction system<\/i> (1991)
\nJanulaitis A, Vaisvila R, Timinskas A, Klimasauskas S, Butkus V Cloning and sequence analysis of the genes coding for Eco57I restriction-modification enzymes<\/i> (1992)<\/p>\n\n

Des efforts ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9ploy\u00e9s pour d\u00e9couvrir des ciseaux mol\u00e9culaires ayant de nouvelles sp\u00e9cificit\u00e9s de reconnaissance. Trois approches ont \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9es : (i) le criblages de bact\u00e9ries et de micro-organismes \u2013 un proc\u00e9d\u00e9 long et fastidieux ; (ii) l\u2019introduction de mutations dans la s\u00e9quence d\u2019endonucl\u00e9ases de restriction existantes ; (iii) la synth\u00e8se de nouveaux enzymes en fusionnant des structures en doigts de zinc avec le domaine catalytique d\u2019une endonucl\u00e9ase. Les doigts de zinc sont des petites structures tridimensionnelles, souvent pr\u00e9sentes dans les zones d\u2019interaction entre facteurs de transcription et ADN. Dans le doigt de zinc Cys2His2, un ion Zn2+<\/sup> est complex\u00e9 entre deux histidines d\u2019une h\u00e9lice α et deux cyst\u00e9ines d\u2019un feuillet β, antiparall\u00e8les. La zone d\u2019interaction entre la partie C-terminale d\u2019un doigt de zinc et l\u2019ADN est relativement courte : environ 3 paires de bases ; on peut la porter \u00e0 une vingtaine de paires de bases en construisant une chim\u00e8re associant \u00e0 la nucl\u00e9ase plusieurs motifs doigts de zinc (6 \u00e0 8). Les nucl\u00e9ases \u00e0 doigts de zinc pr\u00e9sentent l\u2019avantage relatif d\u2019\u00eatre de petite taille ; elles pr\u00e9sentent l\u2019inconv\u00e9nient d\u2019\u00eatre moins pr\u00e9cises.<\/p>\n \n

En sa qualit\u00e9 de sp\u00e9cialiste de la synth\u00e8se de macromol\u00e9cules biologiques, Srinivasan Chandrasegaran a particip\u00e9 \u00e0 l\u2019entreprise internationale ayant abouti \u00e0 la synth\u00e8se du premier chromosome fonctionnel de levure. Avec ses coll\u00e8gues du Department of Environmental Health Sciences<\/i> (Johns Hopkins University, School of Hygiene and Public Health, Baltimore<\/i>), ils ont associ\u00e9 au domaine catalytique de l\u2019endonucl\u00e9ase de restriction FokI, de Flavobacterium okeanokoites<\/i>, deux prot\u00e9ines comportant chacune trois doigts de zinc. Bien que FokI soit un enzyme monom\u00e9rique, c\u2019est seulement en recrutant un deuxi\u00e8me monom\u00e8re, li\u00e9 ou non \u00e0 l\u2019ADN, que FokI coupe les deux brins d\u2019ADN en deux endroits distincts, \u00e0 une certaine distance de la s\u00e9quence cible. La liaison des deux prot\u00e9ines \u00e0 doigts de zinc \u00e0 leurs s\u00e9quences respectives d\u2019ADN, \u00e9loign\u00e9es de quelques nucl\u00e9otides, rapproche les deux monom\u00e8res pour former le dim\u00e8re actif qui clive l\u2019ADN.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Kim YG, Cha J, Chandrasegaran S Hybrid restriction enzymes: zinc finger fusions to FokI cleavage domain<\/i> (1996)<\/p>\n\n

Ing\u00e9nierie g\u00e9n\u00e9tique mol\u00e9culaire<\/b><\/span><\/h3>\n

Manipuler le g\u00e9nome.<\/b> Les premi\u00e8res exp\u00e9riences de transgen\u00e8se remontent au d\u00e9but des ann\u00e9es 1970 : Paul Berg et coll. (Department of Biochemistry, Stanford University Medical Center<\/i>, prix Nobel de chimie 1980) ont ins\u00e9r\u00e9 dans le g\u00e9nome d\u2019Escherichia coli un fragment d\u2019ADN du virus SV40. Herbert W. Boyer (Department of Biochemistry and Biophysics, University of California, San Francisco<\/i>) perfectionna la technique en utilisant comme vecteur un petit ADN circulaire. Pour la premi\u00e8re fois, on \u00e9tait parvenu \u00e0 introduire un g\u00e8ne \u00e9tranger dans un g\u00e9nome bact\u00e9rien, mais on n\u2019\u00e9tait pas en mesure de pr\u00e9dire le site d\u2019insertion. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Jackson DA, Symons RH, Berg P Biochemical Method for Inserting New Genetic Information into DNA of Simian Virus 40: Circular SV40 DNA Molecules Containing Lambda Phage Genes and the Galactose Operon of Escherichia coli<\/i> (1972)
\nItakura, K; Hirose, T; Crea, R, Riggs AD, Heyneker HL, Bolivar F, Boyer HW Expression in Escherichia coli of a chemically synthesized gene for the hormone somatostatin<\/i> (1977)<\/p>\n \n

Dans les ann\u00e9es 1980, Renato Dulbecco (Department of Bacteriology, Indiana University<\/i>) et Albert Kelner (The Biological Laboratory, Cold Spring Harbor, New York<\/i>), les d\u00e9couvreurs des m\u00e9canismes de r\u00e9paration de l\u2019ADN, eurent recours \u00e0 la recombinaison homologue ; cette voie, tr\u00e8s conserv\u00e9e pour maintenir la stabilit\u00e9 g\u00e9n\u00e9tique des esp\u00e8ces, permet de corriger des mutations pathog\u00e8nes en ins\u00e9rant des g\u00e8nes dans le g\u00e9nome de cellules vivantes, ou en les modifiant (gene targeting<\/i>). Le fragment de chromosome portant la mutation est remplac\u00e9 par une s\u00e9quence homologue d\u00e9finie par l\u2019exp\u00e9rimentateur. Pour rappel, on d\u00e9signe par les termes \u00ab recombinaison homologue \u00bb l\u2019\u00e9change de mat\u00e9riel g\u00e9n\u00e9tique entre deux mol\u00e9cules d\u2019ADN homologues. Ce processus intervient dans la r\u00e9paration des cassures double brin de l\u2019ADN ; un ADN homologue sert de matrice. Cette approche exp\u00e9rimentale permet d\u2019\u00e9viter l\u2019incertitude concernant la localisation du g\u00e8ne corrig\u00e9. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Dulbecco R Reactivation of ultra-violet-inactivated bacteriophage by visible light<\/i> (1949)
\nKelner A Effect of Visible Light on the Recovery of Streptomyces Griseus Conidia from Ultra-violet Irradiation Injury<\/i> (1949) <\/p>\n \n

Dans les ann\u00e9es 2000, sont apparues les nucl\u00e9ases \u00e0 doigts de Zn, puis la technologie TALEN. Les nucl\u00e9ases \u00e0 doigts de Zn permettent la modification cibl\u00e9e de l\u2019ADN par l\u2019insertion, la suppression ou le remplacement de segments d\u2019ADN au site de coupure double brin de l\u2019ADN. La technique TALEN est \u00e9galement bas\u00e9e sur l\u2019utilisation de nucl\u00e9ases programm\u00e9es pour trouver, avec une bonne pr\u00e9cision, des s\u00e9quences cibles d\u2019ADN, effectuer une coupure double brin et d\u00e9clencher un m\u00e9canisme de r\u00e9paration cellulaire. En reconnaissant une s\u00e9quence particuli\u00e8re d\u2019ADN, la prot\u00e9ine TAL sert de guide \u00e0 la nucl\u00e9ase qui lui est associ\u00e9e.<\/p> \n \n

Dans la mutag\u00e9n\u00e8se dirig\u00e9e par oligonucl\u00e9otide, il n\u2019y a pas de coupure d\u2019ADN ; on utilise des segments synth\u00e9tiques d\u2019ADN ou des oligonucl\u00e9otides hybrides ADN\/ARN. Ce sont de courtes s\u00e9quences d\u2019ADN synth\u00e9tis\u00e9es en laboratoire puis amplifi\u00e9es par r\u00e9action en cha\u00eene par polym\u00e9rase (PCR). Le fragment d\u2019ADN, compl\u00e9mentaire de la s\u00e9quence d\u2019ADN du g\u00e8ne cible \u00e0 modifier, est introduit dans la cellule bact\u00e9rienne ou eucaryote par un vecteur (plasmide) ; sa s\u00e9quence est presque identique \u00e0 celle de l\u2019ADN cible, \u00e0 l\u2019exception de quelques nucl\u00e9otides (1 \u00e0 4). L\u2019ADN polym\u00e9rase du syst\u00e8me de r\u00e9plication de la cellule reproduira la nouvelle s\u00e9quence du g\u00e8ne. La mutag\u00e9n\u00e8se dirig\u00e9e par oligonucl\u00e9otide est utilis\u00e9e pour introduire des substitutions, insertions ou d\u00e9l\u00e9tions dans l\u2019ADN du g\u00e8ne cible.<\/p>\n \n

En 2012, l\u2019introduction du syst\u00e8me CRISPR\/Cas9 a r\u00e9volutionn\u00e9 le domaine de l\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique et rendu caduques les techniques plus anciennes.<\/p>\n\n

Pr\u00e9sence de s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives dans les g\u00e9nomes bact\u00e9riens.<\/b> Chez Escherichia coli<\/i>, la phosphatase alcaline existe sous trois isoformes ; la conversion post-traductionnelle de l\u2019isozyme 1 en isozymes 2 et 3 est catalys\u00e9e par le produit du g\u00e8ne iap, une prot\u00e9ine membranaire (Iap) form\u00e9e de 345 acides amin\u00e9s, avec une s\u00e9quence signal amino-terminale de 24 r\u00e9sidus. Le s\u00e9quen\u00e7age par Yoshizumi Ishino et coll. (Department of Experimental Chemotherapy, The Research Institute for Microbial Diseases, Osaka University<\/i>) du g\u00e8ne iap et des r\u00e9gions non-codantes qui le flanquent a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 la pr\u00e9sence, en amont du g\u00e8ne, d\u2019une \u00ab unusual structure\u2026 Five highly homologous sequences of 29 nucleotides were arranged as direct repeats with 32 nucleotides as spacing<\/i> \u00bb.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Ishino Y, Shinagawa H, Makino K, Amemura M, Nakata A Nucleotide sequence of the iap gene, responsible for alkaline phosphatase isozyme conversion in Escherichia coli, and identification of the gene product<\/i> (1987)<\/p>\n \n

De courtes r\u00e9p\u00e9titions palindromiques group\u00e9es et r\u00e9guli\u00e8rement espac\u00e9es furent observ\u00e9es dans d\u2019autres lign\u00e9es cellulaires, chez des Arch\u00e9es (Haloferax mediterranei, Haloferax volcanii<\/i>) et des bact\u00e9ries (Streptococcus pyogenes, Escherichia coli, Thermotoga maritima, Mycobacterium tuberculosis<\/i>). Elles furent d\u00e9sign\u00e9es diff\u00e9remment selon les auteurs : Tandem Repeats in Eukaryotic Proteins, Short Regularly Spaced Repeats<\/i> (Francisco M. Mojica et coll. Departamento de Gen\u00e9tica y Microbiolog\u00eda, Universidad de Alicante<\/i>) ; Spacer Interspaced Direct Repeats<\/i> (Ruud Jansen et coll. Department of Infectious Diseases and Immunology, Veterinary Faculty, Utrecht University<\/i>); Direct Variable Repeats Spacers<\/i> (Alicia Aranaz et coll. Departamento de Sanidad Animal, Facultad de Veterinaria, Universidad Complutense de Madrid<\/i>). Tous ces groupes de s\u00e9quences apparurent comme des variations autour d\u2019une m\u00eame structure ; pour en clarifier la nomenclature, Juan F.M. Mojica et Ruud Jansen propos\u00e8rent de les d\u00e9signer sous l\u2019appellation commune de \u00ab Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats<\/i> \u00bb, acronyme : CRISPR.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Mojica FMJ, Ferrer C, Juez G, Rodr\u00edguez-Valera F Long stretches of short tandem repeats are present in the largest replicons of the Arch\u00e6a Haloferax mediterranei and Haloferax volcanii and could be involved in replicon partitioning<\/i> (1995)
\nMojica F, Diez-Villase\u00f1or C, Soria E, Juez G Biological significance of a family of regularly spaced repeats in the genomes of Arch\u00e6a, Bacteria and mitochondria<\/i> (2000)
\nJansen R, van Embden JDA, Gaastra W, Schouls LM Identification of a novel family of sequence repeats among prokaryotes<\/i> (2002)
\nJansen R, van Embden JDA, Gaastra W, Schouls LM Identification of genes that are associated with DNA repeats in prokaryotes<\/i> (2002)
\nAranaz A, Romero B, Montero N, Alvarez J, Bezos J, de Juan L, Mateos A, Dominguez L Spoligotyping profile change caused by deletion of a direct variable repeat in a Mycobacterium tuberculosis isogenic laboratory strain<\/i> (2004)<\/p>\n\n

Les s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives sont impliqu\u00e9es dans le transfert lat\u00e9ral de g\u00e8nes.<\/b> La position dans le g\u00e9nome de loci renfermant des s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives (regularly spaced short repeats<\/i>) a \u00e9t\u00e9 d\u00e9termin\u00e9e par le s\u00e9quen\u00e7age du g\u00e9nome d\u2019une Archaea<\/i> : Methanococcus jannaschii<\/i> (John Craig Venter et les biologistes mol\u00e9culaires de Celera Genomics, Rockville, Maryland<\/i>) et celui du g\u00e9nome d\u2019une bact\u00e9rie : Thermotoga maritima<\/i> (Paul Blum et coll. School of Biological Sciences, University of Nebraska, Lincoln<\/i>). Les s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives chez les Archaea<\/i> sont situ\u00e9es \u00e0 proximit\u00e9 de groupes de g\u00e8nes pr\u00e9sentant des similitudes avec des g\u00e8nes bact\u00e9riens. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Bult CJ, White O, Olsen GJ, Zhou L, Fleischmann RD, Sutton GG, Blake JA, FitzGerald LM, Clayton RA, Gocayne JD, Kerlavage AR, Dougherty BA, Tomb JF, Adams MD, Reich CI, Overbeek R, Kirkness EF, Weinstock KG, Merrick JM, Glodek A, Scott JL, Geoghegan NS, Venter JC Complete genome sequence of the methanogenic archaeon, Methanococcus jannaschii<\/i> (1996)
\nSingh R, Gradnigo J, White D, Lipzen A, Martin J, Schackwitz, Moriyama E, Blum P Complete Genome Sequence of an Evolved Thermotoga maritima Isolate<\/i> (2015)<\/p>\n \n

L\u2019hypoth\u00e8se d\u2019un transfert d\u2019ADN associ\u00e9 \u00e0 des s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives entre Archaea<\/i> et bact\u00e9ries a \u00e9t\u00e9 accr\u00e9dit\u00e9 par un certain nombre d\u2019observations exp\u00e9rimentales. La pr\u00e9sence d\u2019ADN d\u2019Archaea<\/i> dans un g\u00e9nome est rep\u00e9rable. Si le g\u00e9nome des Archaea<\/i> est un chromosomecirculaire \u2013 comme celui des bact\u00e9ries, la machinerie g\u00e9n\u00e9tique (histones, enzymes de r\u00e9plication, transcription, traduction – est proche de celle des eucaryotes. De plus, le g\u00e9nome des Archaea<\/i> renferme des g\u00e8nes particuliers codant pour des prot\u00e9ines permettant la vie dans des conditions extr\u00eames. Thermotoga maritima<\/i> est une bact\u00e9rie hyperthermophile vivant dans les sources chaudes, terrestres et sous-marines, \u00e0 des temp\u00e9ratures de 55 \u00e0 90\u00b0C ; son g\u00e9nome de Thermotoga maritima<\/i> est compos\u00e9 de 1.860.725 pb ; environ la moiti\u00e9 de ce g\u00e9nome est repr\u00e9sent\u00e9 par 1.877 r\u00e9gions codantes putatives ; la comparaison avec le g\u00e9nome d\u2019Archaea<\/i> a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 la pr\u00e9sence de nombreuses similarit\u00e9s. Depuis la fin du XXe<\/sup> si\u00e8cle, la mise \u00e0 la disposition des chercheurs d\u2019un nombre croissant de s\u00e9quences g\u00e9nomiques a rendu possible les travaux de g\u00e9nomique comparative. En comparant les g\u00e9nomes d\u2019Archaea<\/i> et de bact\u00e9ries thermophiles, Claire M. Fraser et coll. (Institute for Genomic Research, Rockville, Maryland<\/i>) ont confirm\u00e9 l\u2019existence de similitudes entre une centaine de g\u00e8nes de Thermotoga maritima<\/i> et ceux d\u2019Archaea<\/i> et d\u2019autres bact\u00e9ries thermophiles (108 g\u00e8nes orthologues). Dans la moiti\u00e9 du g\u00e9nome de Thermotoga maritima<\/i>, on observe la pr\u00e9sence de g\u00e8nes group\u00e9s dans 15 r\u00e9gions de 4 to 20 kilobases, dispos\u00e9es dans le m\u00eame ordre que dans le g\u00e9nome d\u2019Archaea<\/i>. Ces observations sont en accord avec l\u2019hypoth\u00e8se d\u2019un transfert lat\u00e9ral de g\u00e8nes d\u2019Archaea<\/i> \u00e0 Thermotoga maritima<\/i>, impliquant les Long Clusters of Tandem Repeats<\/i> pr\u00e9sents chez les Archaea<\/i>. L\u2019\u00e9volution se fait donc par deux m\u00e9canismes : le transfert vertical de g\u00e8nes des parents \u00e0 leur descendance et le transfert lat\u00e9ral de g\u00e8nes bact\u00e9riens.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Nelson KE, Clayton, RA, Gill SR, Gwinn ML, Dodson RJ, Haft DH, Hickey EK, Peterson JD, Nelson WC, Ketchum KA, McDonald L, Utterback TR, Malek JA, Linher KD, Garett MM, Stewart AM, Cotton MD, Pratt MS, Phillips CA, Richardson D, Heidelberg J, Sutton GG, Fleischmann RD, Eisen JA, White O, Salzberg L, Smith HO, Venter JC, Fraser CM Evidence for lateral gene transfer between Arch\u00e6a and bacteria from genome sequence of Thermotoga maritima<\/i> (1999)
\nNesbo CL, L\u2019Haridon S, Stetter KO, Doolittle WF Phylogenetic analyses ot two \u201carcheal\u201d genes in thermogata maritima reveal multiple transfers between archea and bacteria<\/i> (2001)<\/p>\n\n

Comment les bact\u00e9ries hyperthermophiles prot\u00e8gent leur g\u00e9nome contre les risques de mutations dues aux temp\u00e9ratures extr\u00eames.<\/b> Les Archaea<\/i> hyperthermophiles et les bact\u00e9ries Thermotoga maritima, Aquifex aeolicus, Pyrococcus furiosus, Strain 121<\/i> parviennent \u00e0 survivre \u00e0 des temp\u00e9ratures – jusqu\u2019\u00e0 100\u00b0C – o\u00f9 les deux brins d’ADN ont tendance \u00e0 se se s\u00e9parer et o\u00f9 les bases subissent des dommages irr\u00e9versibles (d\u00e9purination, d\u00e9samination). Pour maintenir leur int\u00e9grit\u00e9 g\u00e9nomique en milieux hostiles, ces bact\u00e9ries ont d\u00e9velopp\u00e9 des m\u00e9canismes efficaces pour emp\u00eacher la d\u00e9naturation de leur ADN et conna\u00eetre un taux de mutation de valeur similaire \u00e0 celui des bact\u00e9ries m\u00e9sophiles : (i) Elles poss\u00e8dent une topo-isom\u00e9rase de type I, la gyrase r\u00e9verse, qui introduit des supertours positifs dans l’ADN, ce qui augmente notablement sa temp\u00e9rature de fusion. (ii) Leur ADN est rev\u00eatu de petites prot\u00e9ines basiques ins\u00e9r\u00e9es dans le petit sillon de mani\u00e8re \u00e0 emp\u00eacher l’hydrolyse thermique ; chez l\u2019arch\u00e9e Sulfolobus acidocaldarius<\/i>, d\u00e9couverte dans les geysers de Yellowstone, la prot\u00e9ine Sac7d (7 kDa) prot\u00e8ge l\u2019ADN jusqu\u2019\u00e0 85\u00b0C. (iii) Elles poss\u00e8dent la boite \u00e0 outils \u00ab Base Excision Repair<\/i> \u00bb, compos\u00e9e d\u2019une glycosylase, une endonucl\u00e9ase, une polym\u00e9rase et une ligase, pour r\u00e9parer les dommages inflig\u00e9s aux bases – oxydation, d\u00e9samination, alkylation -, ainsi qu\u2019un m\u00e9canisme d\u2019une grande rapidit\u00e9 et fid\u00e9lit\u00e9 pour r\u00e9parer, par recombinaison, les cassures double-brin de l\u2019ADN.<\/p>\n \n

Kira S. Makarova et coll. (National Center for Biotechnology Information, National Institutes of Health, Bethesda<\/i>) a identifi\u00e9 chez les organismes thermophiles les composants d\u2019un syst\u00e8me de r\u00e9paration de l\u2019ADN d\u2019un type nouveau, en recherchant des r\u00e9gions conserv\u00e9es dans les g\u00e9nomes de procaryotes ; un groupe d\u2019une vingtaine de g\u00e8nes r\u00e9pondait \u00e0 ce crit\u00e8re. L\u2019association de ces g\u00e8nes en complexe sugg\u00e9rait une fonction commune ; au centre, un groupe de g\u00e8nes \u00e9taient particuli\u00e8rement bien conserv\u00e9s ; les r\u00e9sultats de l\u2019analyse des s\u00e9quences pr\u00e9disaient la pr\u00e9sence d\u2019une ADN h\u00e9licase, d\u2019une hydrolase de la superfamille HD (hydrolyse des liaisons phosphodiester), d\u2019une exonucl\u00e9ase de la famille RecB (r\u00e9paration des cassures double brin de l\u2019ADN), d\u2019une autre nucl\u00e9ase d\u2019un type nouveau ; au voisinage de ce groupe, se trouvaient encore, de fa\u00e7on assez constante, une hydrolase de la superfamille HD (une autre nucl\u00e9ase ?), une ADN polym\u00e9rase d\u2019un type nouveau et une superfamille de prot\u00e9ines issues de g\u00e8nes dupliqu\u00e9s (paralogues). Fonctionnellement, ce nouveau syst\u00e8me de r\u00e9paration de l\u2019ADN pr\u00e9sente des analogies avec le syst\u00e8me de r\u00e9paration trans l\u00e9sionnel de l\u2019ADN pr\u00e9sent chez les bact\u00e9ries et les eucaryotes. Ce m\u00e9canisme met en jeu des polym\u00e9rases de la famille Y qui permettent de poursuivre la r\u00e9plication d\u2019un ADN en ins\u00e9rant des nucl\u00e9otides en face de bases endommag\u00e9es.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Makarova KS, Aravind L, Grishin NV, Rogozin IB, Koonin EV A DNA repair system specific for thermophilic arch\u00e6a and bacteria predicted by genomic context analysis<\/i> (2002)<\/p>\n \n

Articles de revue : Van der Oost J, Ciaramella M, Moracci M, Pisani FM, Rossi M, de Vos WM Molecular biology of hyperthermophilic Archaea<\/i> (1998)
\nL\u00f3pez-Garc\u00eda P DNA supercoiling and temperature adaptation: A clue to early diversification of life? <\/i> (1999)
\nGrogan DW Stability and repair of DNA in hyperthermophilic Archaea<\/i> (2004)<\/p>\n \n

Comment les bact\u00e9ries prot\u00e8gent leur g\u00e9nome contre l\u2019attaque par les bact\u00e9riophages.<\/b> La membrane plasmique des bact\u00e9ries est une bicouche phospholipidique entour\u00e9e d\u2019une (bact\u00e9rie gram–<\/sup>) ou de plusieurs (bact\u00e9rie gram+<\/sup>) couches de peptidoglycanes et d\u2019une paroi de mur\u00e9ine (bact\u00e9rie gram–<\/sup>) ; pour p\u00e9n\u00e9trer dans la cellule les phages utilisent comme porte d\u2019entr\u00e9e les glycoprot\u00e9ines int\u00e9grales de la membrane plasmique et de la paroi. Les bact\u00e9ries, et la plupart des Archaea<\/i> se sont dot\u00e9es d\u2019une panoplie de strat\u00e9gies de d\u00e9fense contre les \u00e9l\u00e9ments g\u00e9n\u00e9tiques invasifs (phages, virus, plasmides).<\/p>\n \n

Articles de revue : Labrie SJ, Samson JE, Moineau S Bacteriophage resistance mechanisms<\/i> (2010)
\nHampton HG, Watson BN, Fineran PC The arms race between bacteria and their phages<\/i> (2020)<\/p>\n \n

(i) Les bact\u00e9ries modifient la structure ou la composition en sucres des r\u00e9cepteurs de surface pour emp\u00eacher la fixation du phage. (ii) Elles attaquent l\u2019ADN exog\u00e8ne en mobilisant leurs endonucl\u00e9ases de restriction-modification ; l\u2019ADN bact\u00e9rien est prot\u00e9g\u00e9 contre ces endonucl\u00e9ases par m\u00e9thylation de bases. (iii) Les bact\u00e9ries mettent en \u0153uvre les prophages du syst\u00e8me de Superinfection exclusion<\/i> (Sie) pour bloquer l’injection d’ADN viral \u00e0 travers la membrane cellulaire.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Bucher MJ, Czyz DM Phage against the Machine: The SIE-ence of Superinfection Exclusion<\/i> (2024)<\/p>\n \n

(iv) Les bact\u00e9ries d\u00e9veloppent une immunit\u00e9 adaptative. Le g\u00e9nome bact\u00e9rien contient des locis constitu\u00e9s de courtes r\u00e9p\u00e9titions palindromiques group\u00e9es et r\u00e9guli\u00e8rement espac\u00e9es (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats<\/i>, CRISPR). Les bact\u00e9ries int\u00e8grent dans leur locus CRISPR de courtes s\u00e9quences de l\u2019ADN du phage appel\u00e9es \u00ab espaceurs \u00bb. Les locis CRISPR sont des structures dynamiques archivant continuellement de nouveaux espaceurs. H\u00e9l\u00e8ne Deveau et coll. (D\u00e9partement de Biochimie et de Microbiologie, F\u00e9lix d\u2019H\u00e9relle Reference Center for Bacterial Viruses<\/i>, Universit\u00e9 Laval, Qu\u00e9bec), en collaboration avec Rodolphe Barrangou (Danisco USA Inc., Madison<\/i>), ont montr\u00e9 que l\u2019efficacit\u00e9 du m\u00e9canisme de r\u00e9sistance CRISPR1 aux deux principaux groupes de phages de Streptococcus thermophilus<\/i> \u00e9tait en rapport avec l\u2019insertion d\u2019un nouvel espaceur d\u2019une trentaine de nucl\u00e9otides dans CRISPR1. En comparant la s\u00e9quence de l\u2019espaceur \u00e0 celle du g\u00e9nome du phage, ils ont rep\u00e9r\u00e9 la r\u00e9gion (proto-espaceur) qui conf\u00e8re le ph\u00e9notype \u00ab r\u00e9sistance au phage \u00bb \u00e0 la bact\u00e9rie. En int\u00e9grant de mani\u00e8re it\u00e9rative dans le locus CRISPR de nouveaux marqueurs immunitaires provenant d\u2019agents exog\u00e8nes, les bact\u00e9ries se constituent une \u00ab m\u00e9moire g\u00e9n\u00e9tique de vaccination \u00bb, dont les \u00e9l\u00e9ments sont transcrits et modifi\u00e9s, lors d’une nouvelle infection, pour produire des ARN guides (small interfering RNAs<\/i>) ; ces ARN dirigent les nucl\u00e9ases qui vont couper sp\u00e9cifiquement les s\u00e9quencescompl\u00e9mentaires de l’ADN viral.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Barrangou R, Fremaux C, Deveau H, Richards M, Boyaval P, Moineau S, Romero DA, Horvath P CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes<\/i> (2007)
\nDeveau H, Barrangou R, Garneau JE, Labont\u00e9 J, Fremaux C, Boyaval P, Romero DA, Horvath P, Moineau SJ Phage response to CRISPR-encoded resistance in Streptococcus thermophilus<\/i> (2008)
\nBarrangou R, Marraffini LA CRISPR-Cas systems: prokaryotes upgrade to adaptive immunity<\/i> (2014)<\/p>\n \n

Au XXe<\/sup> si\u00e8cle, deux d\u00e9couvertes ont boulevers\u00e9 les connaissances dans le domaine des ARN : (i) la capacit\u00e9 catalytique de certains d\u2019entre eux, mise en \u00e9vidence par Thomas Cech (University of Colorado, Boulder<\/i>) \u00e0 la fin des ann\u00e9es 1980 ; (ii) l\u2019existence de petits ARN non codants (\u223c20\u221230 nucl\u00e9otides). Chez Caenorhabditis elegans<\/i>, \u00e0 la fin du premier stade du d\u00e9veloppement larvaire, l\u2019expression de la prot\u00e9ine LIN-14 est r\u00e9gul\u00e9e n\u00e9gativement par le produit du g\u00e8ne lin-4. En 1993, Victor Ambros et coll. (Harvard University, Department of Cellular and Developmental Biology, Cambridge, Massachusetts<\/i>) et Gary Ruvkun (Department of Molecular Biology, Massachusetts General Hospital, Boston<\/i>) ont montr\u00e9 que ce produit est un petit ARN et qu\u2019il inhibe la synth\u00e8se de LIN-14 en se fixant sur son ARNm. En 2001, let-7, un autre petit ARN impliqu\u00e9 dans le contr\u00f4le des stades du d\u00e9veloppement de Caenorhabditis elegans<\/i>, a \u00e9t\u00e9 d\u00e9couvert par les chercheurs du groupe de Thomas Tuschl (Department of Cellular Biochemistry, Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, G\u00f6ttingen<\/i>). David P. Bartel et coll. (Whitehead Institute for Biomedical Research et Department of Biology, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge<\/i>) ont montr\u00e9 que les Small Temporal RNA<\/i> (stRNAs<\/i>) lin-4 et let-7 appartiennent \u00e0 une classe de petits ARN non-codants, de 21 \u00e0 24-nucl\u00e9otides, appel\u00e9s micro-ARNs (miARN); ils en ont r\u00e9pertori\u00e9 55 nouveaux chez Caenorhabditis elegans. Leur importance dans la r\u00e9gulation de l\u2019expression des g\u00e8nes est soulign\u00e9e par le fait qu\u2019ils sont tr\u00e8s conserv\u00e9s \u00e0 travers les esp\u00e8ces. Leur fonction est la r\u00e9pression de la traduction de certains ARNm ou leur d\u00e9gradation (gene silencing<\/i>). Thomas Cech a re\u00e7u le Prix Nobel de chimie 1989 ;Victor Ambros a partag\u00e9 avec Gary Ruvkun le prix Nobel de physiologie ou m\u00e9decine 2024.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14<\/i> (1993)
\nWightman B, Ha I, Ruvkun G Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans<\/i> (1993)
\nLagos-Quintana M, Rauhut R, Lendeckel W, Tuschl T Identification of novel genes coding for small expressed RNAs<\/i> (2001)
\nLau NC, Lim LP, Weinstein EG, Bartel DP An abundant class of tiny RNAs with probable regulatory roles in Caenorhabditis elegans<\/i> (2001)
\nLee RC, Ambros V An extensive class of small RNAs in Caenorhabditis elegans<\/i> (2001)
\nMeister G, Tuschl T Mechanisms of gene silencing by double-stranded RNA<\/i> (2004)<\/p>\n \n

ARN transactivateur et maturation des ARN CRISPR.<\/b> A l\u2019\u00e9poque o\u00f9 Emmanuelle Charpentier et ses \u00e9tudiants, Elitza Deltcheva et Krzysztof J. Chylinski, entreprirent leurs travaux, le m\u00e9canisme de fonctionnement du syst\u00e8me CRISPR\/Cas (Clustered, Regularly Interspaced Short PalindromicRepeats\/CRISPR-associated proteins<\/i>) tout en suscitant un int\u00e9r\u00eat consid\u00e9rable de la part des chercheurs \u00e9tait loin d\u2019avoir \u00e9t\u00e9 \u00e9lucid\u00e9. On savait que le processus qui permet au syst\u00e8me immunitaire adaptatif des bact\u00e9ries et des Archaea<\/i> de les prot\u00e9ger contre les bact\u00e9riophages et les plasmides, est bas\u00e9 sur l\u2019int\u00e9gration dans le locus CRISPR d\u2019espaceurs d\u2019ADN viral ou de plasmide, s\u00e9par\u00e9s par des s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives : \u00ab s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9t\u00e9es – espaceurs – s\u00e9quence r\u00e9p\u00e9t\u00e9es – espaceurs\u2026.. \u00bb. Le m\u00e9canisme par lequel la transcription des s\u00e9quences du locus CRISP produit le pr\u00e9curseur d\u2019ARNcr (preARNcr), \u00e0 partir duquel sont g\u00e9n\u00e9r\u00e9es des unit\u00e9s d\u2019espaceur r\u00e9p\u00e9titives uniques : les ARN CRISPR (ARNcr) restait \u00e0 d\u00e9finir. Elitza Deltcheva et coll. (The Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden, Ume\u00e5 Centre for Microbial Research, Department of Molecular Biology, Ume\u00e5 University, Sweden<\/i>) ont d\u00e9couvert, par criblage diff\u00e9rentiel informatique du g\u00e9nome de Streptococcus pyogenes<\/i>, un petit ARN non codant qu\u2019ils ont baptis\u00e9 ARN CRISP transactivateur (ARNtracr, Trans-activating CRISPR RNA<\/i>). Ils ont \u00e9tabli que la s\u00e9quence de 24 nucl\u00e9otides de l\u2019ARNtracr est compl\u00e9mentaire de celle des preARNcr, aboutissant \u00e0 la formation d\u2019un duplex ARNtracr\/preARNcr, reconnu par la RNAse III de la bact\u00e9rie ; en pr\u00e9sence de Csn1 (CRISPR-associated Csn1 protein<\/i>), l\u2019endonucl\u00e9ase introduit des coupures \u00e0 des sites sp\u00e9cifiques lib\u00e9rant l\u2019ARNcr fonctionnel.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Deltcheva E, Chylinski K, Sharma CM, Gonzales K, Chao Y, Pirzada ZA, Eckert MR, Vogel J, Charpentier E CRISPR RNA maturation by trans-encoded small RNA and host factor RNase III<\/i> (2011)<\/p>\n \n

Petits ARN interf\u00e9rents, petits ARN r\u00e9gulateurs et ARN antisens.<\/b> Depuis leur d\u00e9couverte au d\u00e9but des ann\u00e9es 1990, les petits ARN font l\u2019objet d\u2019\u00e9tudes intensives. Parmi eux, les petits ARN interf\u00e9rents (pARNi, Small Interfering RNA, siRNA<\/i>) sont des ARN double brin de petite taille (21 \u00e0 24 nucl\u00e9otides) qui suppriment l\u2019expression d\u2019un g\u00e8ne en activant un m\u00e9canisme appel\u00e9 \u00ab interf\u00e9rence ARN \u00bb (ARNi). Ce m\u00e9canisme de d\u00e9fense permet \u00e0 la cellule procaryote ou eucaryote de d\u00e9tecter la pr\u00e9sence d\u2019un ARN \u00e9tranger. Il est activ\u00e9 lorsqu\u2019un ARN double brin (ARNdb), par exemple un virus, p\u00e9n\u00e8tre dans la cellule. Les ARN interf\u00e9rents sont des r\u00e9gulateurs post-transcriptionnels ; ils guident la d\u00e9gradation de l\u2019ARNm \u2013 correspondant \u00e0 un g\u00e8ne cible \u2013 avec lequel ils poss\u00e8dent une s\u00e9quence compl\u00e9mentaire. Les siRNA se lient \u00e0 un complexe prot\u00e9ique appel\u00e9 RISC (RNA-Induced Silencing Complex<\/i>). Le complexe RISC\/ARNi scanne les mol\u00e9cules d\u2019ARNm pr\u00e9sentes dans la cellule ; en l\u2019absence d\u2019homologie de s\u00e9quence entre l\u2019ARNi et l\u2019ARNm, celui-ci est traduit en prot\u00e9ine ; dans le cas contraire \u2013 homologie de s\u00e9quence \u2013 le complexe RISC se dissocie et lib\u00e8re le brin compl\u00e9mentaire du siRNA, qui se lie \u00e0 l\u2019ARNm cible. Le composant catalytique du complexe RISC, Argonaute 2, clive l\u2019ARNm cible. Les fragments d\u2019ARNm cliv\u00e9s sont d\u00e9grad\u00e9s. Le complexe RISC\/ARNi n\u2019est pas d\u00e9truit et continue \u00e0 scanner les ARNm. Le complexe RISC\/ARNi est devenu un outil d\u2019ing\u00e9nierie g\u00e9n\u00e9tique ; connaissant la s\u00e9quence nucl\u00e9otidique de l\u2019ARNm d\u2019une prot\u00e9ine particuli\u00e8re, on synth\u00e9tise un siRNA ayant la capacit\u00e9 de s\u2019hybrider \u00e0 une s\u00e9quence de l\u2019ARNm, et on l\u2019introduit dans la cellule. <\/p>\n \n

Ana\u00efs Le Rhun et coll. firent un criblage bio-informatique de la s\u00e9quence des petits ARN r\u00e9gulateurs (sARN) et ARN antisense (ARNas<\/i>) chez Streptococcus pyogenes<\/i> ; les r\u00e9sultats r\u00e9v\u00e9l\u00e8rent que : (i) seuls 20% d\u2019entre eux avaient une fonction connue ; (ii) les endoribonucl\u00e9ases RNase III et RNase Y jouent un r\u00f4le essentiel dans la maturation des ARNcr \u00e0 partir du preARNcr. Pour rappel, ces enzymes sont impliqu\u00e9es dans la d\u00e9gradation des ARN double brin (RNase III) et des ARNm (RNase Y). La RNase III appartient \u00e0 une famille de phosphodiest\u00e9rases tr\u00e8s conserv\u00e9es chez les bact\u00e9ries et les eucaryotes ; elles ont comme cofacteurs des ions m\u00e9talliques divalents ; sa structure tertiaire r\u00e9v\u00e8le la pr\u00e9sence d\u2019un \u00ab domaine RNase III \u00bbqui, en se dim\u00e9risant, se lie \u00e0 l\u2019ARN double brin et hydrolyse les liaisons phosphodiesters sur chaque brin en produisant des fragments aux extr\u00e9mit\u00e9s 3\u2019-hydroxyle et 5\u2019-phosphodiester caract\u00e9ristiques avec des surplombs de 2 nucl\u00e9otides en 3\u2019. L\u2019\u00e9quipe de Charpentier d\u00e9couvrit une voie nouvelle de maturation des petits ARNcr faisant intervenir l\u2019ARNtracr, la RNase III de Streptococcus pyogenes<\/i> et l\u2019endonucl\u00e9ase Csn1. C\u2019\u00e9tait la premi\u00e8re implication d\u2019un facteur de l\u2019h\u00f4te (RNase III) dans l\u2019immunit\u00e9 bact\u00e9rienne m\u00e9di\u00e9e par un ARN. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Le Rhun A, Beer YY, Reimeg\u00e5rd J, Chylinski K, Charpentier E RNA sequencing uncovers antisense RNAs and novel small RNAs in Streptococcus pyogenes<\/i> (2016)
\nLe Rhun A, L\u00e9crivain AL, Reimeg\u00e5rd J, Proux-W\u00e9ra E, Broglia L, Della Beffa C, Charpentier E Identification of endoribonuclease specific cleavage positions reveals novel targets of RNase III in Streptococcus pyogenes<\/i> (2017)<\/p>\n \n

Les endonucl\u00e9ases Cas utilisent des ARN guides.<\/b> Les Cas (Crispr Associated Protein<\/i>) forment \u00e0 une famille de prot\u00e9ines (Cas1, Cas2, Cas3, CasE, Cas6, Csy4, \u2026) dont la plus connue et la plus utilis\u00e9e en ing\u00e9nierie g\u00e9n\u00e9tique est Cas9, l\u2019enzyme cl\u00e9 du syst\u00e8me d\u2019immunit\u00e9 adaptative bact\u00e9rien CRISPR-Cas9 de type II. C\u2019est une endonucl\u00e9ase qui, associ\u00e9e \u00e0 un petit ARN-guide, introduit des cassures dans l\u2019ADN bicat\u00e9naire au niveau d\u2019un site sp\u00e9cifique. Comme il a \u00e9t\u00e9 dit dans un pr\u00e9c\u00e9dent paragraphe, La d\u00e9couverte de l\u2019ARN CRISP transactivateur (ARNtracr) par Elitza Deltcheva, une \u00e9tudiante gradu\u00e9e du laboratoire de Charpentier, \u00e0 Vienne, et ses coll\u00e8gues apporta une pi\u00e8ce essentielle du puzzle ; l\u2019ARNtracr s’apparie \u00e0 l\u2019ARN CRISPR (ARNcr) (qui contient la s\u00e9quence virale cible) ; il pr\u00e9sente une structure tertiaire en \u00e9pingle \u00e0 cheveux ; sa s\u00e9quence primaire (24 nucl\u00e9otides) est compl\u00e9mentaire de celle du pr\u00e9-ARNcr ; l\u2019hybridation de l\u2019ARNtracr et de l\u2019ARNcr forme un complexe ARN bi-h\u00e9lico\u00efdal. C’est cet ARN duplex qui guide l’enzyme Cas9 en se liant \u00e0 la cible d\u2019ADN d\u2019une vingtaine de r\u00e9sidus de longueur, et poss\u00e9dant la s\u00e9quence Nucl\u00e9otide \u2013 Guanine \u2013 Guanine. Cas9 est une prot\u00e9ine de grande taille (1.368 acides amin\u00e9s) poss\u00e9dant deux domaines nucl\u00e9asiques distincts : HNH et RuvC. La nucl\u00e9ase HNH coupe le brin compl\u00e9mentaire de l\u2019ADN cible, et la nucl\u00e9ase RuvC-like, le brin non compl\u00e9mentaire.<\/p> \n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Chylinski K, Le Rhun A, Charpentier E <\/i>The tracrRNA and Cas9 families of type II CRISPR-Cas immunity systems<\/i> (2013)
\nL\u00e9crivain AL, Le Rhun A, Renault TT, Ahmed-Begrich R, Hahnke K, Charpentier E In vivo 3\u2032-to-5\u2032 exoribonuclease targetomes of Streptococcus pyogenes<\/i> (2018)<\/p>\n \n

D\u2019un colloque \u00e0 Porto Rico au prix Nobel de chimie.<\/b> Environ un demi-si\u00e8cle apr\u00e8s l\u2019introduction dans les laboratoires des enzymes de restriction-modification, et seulement trois ans apr\u00e8s celle des enzymes de transcription chim\u00e9riques TALEN, l\u2019 \u00ab \u00e9dition g\u00e9nomique \u00bb (genome editing<\/i>) a subi un formidable coup d\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur lorsque Emmanuelle Charpentier et Jennifer Doudna (University of California, Berkeley<\/i>) propos\u00e8rent d\u2019utiliser, en l\u2019adaptant, le syst\u00e8me immunitaire procaryotique CRISPR-Cas9 de type II-A comme outil g\u00e9n\u00e9tique. A la suite de leur rencontre, en juin 2011, au colloque organis\u00e9 par l\u2019American Society for Microbiology<\/i> \u00e0 San Juan, Porto Rico, Charpentier et Doudna d\u00e9but\u00e8rent une collaboration \u00ab courte et intense \u00bb. Charpentier et ses collaborateurs soup\u00e7onnaient que les petits ARN jouent un r\u00f4le dans le m\u00e9canisme du syst\u00e8me immunitaire bact\u00e9rien CRISPR de Streptococcus pyogenes<\/i> ; Jennifer Doudna (Howard Hughes Medical Institute, University of California, Berkeley<\/i>) \u00e9tait une sp\u00e9cialiste reconnue de l\u2019\u00e9tude des ARN. Elle consacrait ses efforts \u00e0 d\u00e9montrer que \u00ab les ARN ne sont pas des spaghettis \u00bb mais des entit\u00e9s stables dot\u00e9es de fonctions catalytiques, au m\u00eame titre que les prot\u00e9ines. Elle avait publi\u00e9, avec Thomas Cech, la premi\u00e8re structure tridimensionnelle d\u2019un ARN – apr\u00e8s celle de l\u2019ARNt -, la structure cristallographique d\u2019un ribozyme de Tetrahymena thermophila<\/i>.<\/p>\n\n

R\u00e9f\u00e9rence : Cate JH, Gooding A, Podell E, Zhou K, Golden B, Kundrot C, Cech TR, Doudna JA Crystal structure of a group I ribozyme domain: principles of RNA packing<\/i> (1996)<\/p>\n\n

Charpentier et Doudna ont cherch\u00e9 \u00e0 \u00e9lucider le m\u00e9canisme par lequel l\u2019endonucl\u00e9ase Cas9 utilise un ARN pour introduire des coupures cibl\u00e9es dans un g\u00e9nome ; elles ont d\u00e9montr\u00e9 que c\u2019est un complexe entre ARNtracr et ARNcr qui guide Cas9 vers un site pr\u00e9cis d\u2019un ADN double brin. En conclusion de l\u2019article publi\u00e9 en 2012 par Martin Jinek et coll., Doudna et Charpentier pr\u00e9disaient : \u00ab Our study\u2026 highlights the potential to exploit the system for RNA-programmable genome editing<\/i>.\u00bb Cette pr\u00e9diction s\u2019est pleinement r\u00e9alis\u00e9e : elles ont transform\u00e9 un m\u00e9canisme de d\u00e9fense bact\u00e9rien en \u00ab scalpel mol\u00e9culaire \u00bb programmable et polyvalent, capable de cibler avec pr\u00e9cision et de couper une s\u00e9quence d\u2019ADN. Dans un souci de simplification de la technique, Doudna et Charpentier ont fusionn\u00e9 les ARNtracr et ARNcr en une mol\u00e9cule synth\u00e9tique : l\u2019ARN guide unique (single guide RNA<\/i>). En changeant la s\u00e9quence de cet ARN guide, on peut diriger Cas9 pour couper n\u2019importe quelle s\u00e9quence d\u2019ADN, chez n\u2019importe quel organisme vivant (plantes, animaux, humains). Charpentier et Doudna ont partag\u00e9 le prix Nobel de chimie 2020.<\/p>\n \n

Note : L\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique \u2013 ou modification localis\u00e9e d\u2019une s\u00e9quence g\u00e9nomique \u2013 est la technologie qui permet de modifier le g\u00e9nome d\u2019une cellule en y ins\u00e9rant, supprimant ou modifiant une s\u00e9quence d\u2019ADN particuli\u00e8re.<\/p>\n \n

R\u00e9sum\u00e9.<\/b> Les bact\u00e9ries et les Archaea<\/i> poss\u00e8dent un syst\u00e8me de d\u00e9fense immunitaire bas\u00e9 sur une \u00ab m\u00e9moire \u00bb, et sur un m\u00e9canisme de balayage capable de d\u00e9tecter la pr\u00e9sence d\u2019un ADN \u00e9tranger dans la cellule (un bact\u00e9riophage, par exemple). La m\u00e9moire des infections pass\u00e9es est log\u00e9e dans une r\u00e9gion particuli\u00e8re du g\u00e9nome bact\u00e9rien appel\u00e9e locus CRISPR, constitu\u00e9 de s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives entre lesquelles sont ins\u00e9r\u00e9s des fragments d\u2019ADN (les \u00ab espaceurs \u00bb) pr\u00e9lev\u00e9s sur un virus lors d\u2019infections ant\u00e9rieures des bact\u00e9ries ou des Archaea<\/i>. In fine<\/i>, la cellule neutralise le virus en fragmentant son ADN ; \u00e0 cette fin, elle mobilise des endonucl\u00e9ases cod\u00e9es par les g\u00e8nes Cas, regroup\u00e9s \u00e0 proximit\u00e9 du locus CRISPR dont il sont s\u00e9par\u00e9s par une s\u00e9quence \u00ab leader<\/i> \u00bb. Les prot\u00e9ines Cas sont guid\u00e9es vers leur cible ADN par un petit ARN guide, dont la s\u00e9quence reproduit celle d\u2019un espaceur de la biblioth\u00e8que g\u00e9n\u00e9tique des infections pass\u00e9es ; l\u2019espaceur est transcrit en un ARN CRISPR (ARNcr) dont la s\u00e9quence est compl\u00e9mentaire de celle de la cible ADN, ce qui d\u00e9termine la sp\u00e9cificit\u00e9 de la coupure double brin par les effecteurs nucl\u00e9asiques.<\/p>\n \n

Modus Operandi.<\/i><\/b> Id\u00e9alement, la s\u00e9quence cible doit \u00eatre unique dans le g\u00e9nome, ou \u00e0 tout le moins repr\u00e9sent\u00e9e \u00e0 un nombre restreint d\u2019exemplaires ; il en va de la sp\u00e9cificit\u00e9 de la m\u00e9thode. Les chercheurs sont aid\u00e9s dans le choix du site r\u00e9pondant \u00e0 leurs crit\u00e8res par la mise \u00e0 leur disposition sur le r\u00e9seau informatique de biblioth\u00e8ques g\u00e9nomiques o\u00f9 ce type d\u2019information est collect\u00e9e. Sur le plan exp\u00e9rimental, la mise en \u0153uvre de CRISPR\/Cas9 se d\u00e9roule en deux temps : (i) l\u2019exp\u00e9rimentateur choisit la s\u00e9quence du guide CRISPR, qui est synth\u00e9tis\u00e9 en laboratoire ; la nucl\u00e9ase Cas9 est introduite avec l\u2019ARN guide dans le noyau de la cellule rendue perm\u00e9able ; (ii) apr\u00e8s coupure de l\u2019ADN par la nucl\u00e9ase Cas, le syst\u00e8me de r\u00e9paration de l\u2019ADN de la cellule ressoude la cassure \u00e0 double brin. C\u2019est \u00e0 ce stade que l\u2019exp\u00e9rimentateur peut modifier le g\u00e8ne en ins\u00e9rant ou en supprimant des s\u00e9quences g\u00e9n\u00e9tiques plus ou moins longues. Le fragment d\u2019ADN est d\u00e9truit, de m\u00eame que la nucl\u00e9ase ou les outils mol\u00e9culaires introduits dans la cellule. Apr\u00e8s la r\u00e9\u00e9criture de s\u00e9quences du g\u00e9nome, on ne peut plus distinguer une mutation naturelle d\u2019une mutation cr\u00e9\u00e9e par ing\u00e9nierie g\u00e9n\u00e9tique. Si la technique permet une s\u00e9lection pr\u00e9cise du site de coupure, la fiabilit\u00e9 du syst\u00e8me de r\u00e9paration de l\u2019ADN est plus al\u00e9atoire ; elle varie selon les syst\u00e8mes biologiques ; elle peut introduire des modifications de s\u00e9quences impr\u00e9vues (\u00ab effets hors cible \u00bb). <\/p>\n \n

Une nouvelle version du syst\u00e8me CRISPR-Cas.<\/b> Les prot\u00e9ines effectrices Cas appartiennent \u00e0 plus de 45 familles ; elles sont catalogu\u00e9es en deux types : (i) le type I, monom\u00e9rique, est repr\u00e9sent\u00e9 par Cas3, une d\u00e9soxyribonucl\u00e9ase et ATP-h\u00e9licase form\u00e9e d\u2019une seule cha\u00eene polypeptidique ; (ii) le type II, multim\u00e9rique, est repr\u00e9sent\u00e9 par Cas9, une endo-d\u00e9soxyribonucl\u00e9ase guid\u00e9e par un ARN. Le domaine d\u2019application des technologies d\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique bas\u00e9es sur l\u2019emploi de CRISPR s\u2019est encore \u00e9tendu apr\u00e8s la d\u00e9couverte d\u2019une nouvelle famille de nucl\u00e9ases Cas : Cpf1 (CRISPR from Prevotella Francisella1<\/i>), renomm\u00e9e Cas 12a. Elle a \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9e chez les bact\u00e9ries ana\u00e9robies Acidaminococcus<\/i> et Lachnospiraceae<\/i> par Bernd Zetsche et coll., dans le groupe de Feng Zhang (McGovern Institute for Brain Research, Massachusetts Institute of Technology et Broad Institute, Cambridge<\/i>), et chez la bact\u00e9rie pathog\u00e8ne Francisella novicida<\/i> par In\u00e8s Fonfara et coll., dans le groupe d\u2019Emmanuelle Charpentier. Cpf1 est une endoribonucl\u00e9ase et une endonucl\u00e9ase – une dualit\u00e9 fonctionnelle unique parmi les prot\u00e9ines de la famille Cas – mettant en \u0153uvre deux domaines distincts de l\u2019effecteur.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Zetsche B, Gootenberg JS, Abudayyeh O, Slaymaker IM, Makarova KS, Eisenbichler P, Volz SE, Joung J, van der Oost J, Regev A, Koonin EV, Zhang F Cpf1 Is a Single RNA-Guided Endonuclease of a Class 2 CRISPR-Cas System<\/i> (2015)
\nFonfara I, Richter H, Bratovi\u010d M, Le Rhun A, Charpentier E The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA<\/i> (2016)<\/p> \n \n

En 2016, Emmanuelle Charpentier et ses coll\u00e8gues ont pr\u00e9sent\u00e9 une nouvelle version du syst\u00e8me CRISPR-Cas mettant en jeu Cpf1. Un certain nombre de particularit\u00e9s de Cpf1 l\u2019ont fait appara\u00eetre comme une alternative avantageuse pour remplacer Cas9, l\u2019effecteur le plus utilis\u00e9 jusque-l\u00e0 : (i) Cpf1 appartient au syst\u00e8me CRISPR de Class 2 – comme Cas9 mais, \u00e0 la diff\u00e9rence de Cas9, Cpf1 g\u00e9n\u00e8re des cassure ADN avec deux brins d\u00e9cal\u00e9s (les deux domaines nucl\u00e9asiques HNH et RuvC de Cas9 coupent chacun un brin d\u2019ADN) ; (ii) Cpf1 cible les s\u00e9quences adjacentes \u00e0 PAM (Proto-spacer Adjacent Motif<\/i>) riches en T ; (iii) alors que Cas9 n\u00e9cessite la pr\u00e9sence d\u2019un ARNtrac pour la maturation de l\u2019ARN guide et la coupure de l\u2019ADN, la double activit\u00e9 ARNase et ADNase de Cpf1 lui permet de synth\u00e9tiser l\u2019ARNcr sans l\u2019aide d\u2019ARNtracr ; (iv) en n\u2019utilisant qu\u2019un seul ARNcr court (\/- 42 nucl\u00e9otides), le syst\u00e8me CRISP-Cpf1 permet une \u00e9dition plus pr\u00e9cise et le ciblage simultan\u00e9 de plusieurs g\u00e8nes (multiplexage). Charpentier a qualifi\u00e9 la nouvelle version du syst\u00e8me CRISPR-Cas bas\u00e9e sur l\u2019emploi de Cpf1, de \u00ab most minimalistic so far described<\/i> \u00bb. <\/p>\n \n

Le domaine d\u2019application des outils d\u2019\u00e9dition CRISPR-Cas9 et CRISPR-Cpf1 est tr\u00e8s vaste ; leur succ\u00e8s est attest\u00e9 par le fait qu\u2019on recensait en 2025, plus de quinze mille publications scientifiques faisant mention de leur emploi. Pour ne citer que quelques-unes des applications possibles : r\u00e9gulation transcriptionnelle, modulation \u00e9pig\u00e9n\u00e9tique (par m\u00e9thylation de bases de l\u2019ADN, modification des histones), \u00e9dition de bases, criblage \u00e0 grande \u00e9chelle, d\u00e9tection d\u2019agents pathog\u00e8nes (SARS-CoV-2), g\u00e9n\u00e9tique fonctionnelle (d\u00e9couvrir la fonction d\u2019un g\u00e8ne) g\u00e9notypage multiplexe (l\u2019expression simultan\u00e9e de plusieurs ARN guides et enzymes Cas). L\u2019ADN peut \u00eatre modifi\u00e9 en plusieurs endroits en m\u00eame temps, en s\u00e9rie, et des familles enti\u00e8res de g\u00e8nes peuvent \u00eatre d\u00e9sactiv\u00e9es dans un organisme. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Cong L, Ran A, Cox D, Lin S, Baretto R, Habib N, Hsu PD, Wu X, Jiang W, Marraffini LA, Zang F Multiplex Genome Engineering Using CRISPR\/Cas Systems<\/i> (2013)
\nJiang W, Bikard D, Cox D, Zang F, Marraffini LA RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems<\/i> (2013)
\nSafari F, Zare K, Negahdaripour M, Barekati-Mowahed M, Ghasemi Y CRISPR Cpf1 proteins: structure, function and implications for genome editing<\/i> (2019)<\/p>\n \n

En 2014, la physicienne Eva Nogales (Lawrence Berkeley National Laboratory<\/i>), sp\u00e9cialiste de la cryomicroscopie \u00e9lectronique, collabora avec Doudnapour \u00e9tablir la structure atomique tridimensionnelle de Cas9. En se fixant sur la s\u00e9quence cible d\u2019ADN, l\u2019ARN-guide induit un changement conformationnel de cette endonucl\u00e9ase, avec formation d\u2019un tunnel autour de l\u2019acide nucl\u00e9ique.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Jinek M, Jiang F, Taylor DW, Sternberg SH, Kaya E, Ma E, Anders C, Hauer M, Zhou K, Lin S, Kaplan M, Iavarone AT, Charpentier E, Nogales E Doudna JA Structures of Cas9 endonucleases reveal RNA-mediated conformational activation<\/i> (2014)
\nJinek M, Jiang F, Taylor DW, Sternberg SH, Kaya E, Ma E, Anders C, Hauer M, Zhou K, Lin S, Kaplan M, Iavarone AT, Charpentier E, Nogales E, Doudna JA A three-dimensional view of the molecular machinery of RNA interference<\/i> (2014)<\/p>\n \n

Note : Apr\u00e8s six ans de stages post-doctoraux aux Etats-Unis, Emmanuelle Charpentier s\u2019est heurt\u00e9e \u00e0 la difficult\u00e9 pour un jeune chercheur de trouver une structure d\u2019accueil et un financement pour cr\u00e9er sa propre \u00e9quipe de recherche en France. Ce ne fut pas le cas en Autriche o\u00f9 elle trouva environnement scientifique international et financement (Institut f\u00fcr Mikrobiologie und Genetik, Department of Microbiology and Immunobiology, Universit\u00e4t Wien, Max F. Perutz Laboratories, Wien<\/i>). Puis, la Su\u00e8de lui a offert un financement substantiel et une libert\u00e9 totale dans le choix de ses th\u00e8mes de recherches (The Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden, Ume\u00e5 Centre for Microbial Research, Department of Molecular Biology, Ume\u00e5 University<\/i>). Enfin, en Allemagne, la prestigieuse Max Planck-Gesellschaft<\/i> lui a permis de b\u00e9n\u00e9ficier de ses cons\u00e9quents budgets de recherche et de son absence de bureaucratie (Helmholtz Centre for Infection Research, Braunschweig et Hannover Medical School ; Max Planck Institute for Infection Biology, Berlin<\/i>). En 2018, la Max Planck-Gesellschaft<\/i> a cr\u00e9\u00e9 un institut ind\u00e9pendant (Max-Planck-Forschungsstelle f\u00fcr die Wissenschaft der Pathogene<\/i>) sur le campus Charit\u00e9 Mitte Berlin<\/i>, dont Charpentier assure la direction.<\/p>\n \n

TALEN<\/b><\/span><\/h3>\n \n

Les prot\u00e9ines TALE reconnaissent les bases nucl\u00e9otidiques de l\u2019ADN.<\/b> Les \u00ab pseudo-activateurs de transcription, Transcription activator-like effectors<\/i> (TALE) \u00bb sont des prot\u00e9ines d\u00e9rivant de prot\u00e9ines de bact\u00e9ries phytopathog\u00e8nes du genre Xanthomonas<\/i> ; ils augmentent la transcription des g\u00e8nes en se liant \u00e0 l\u2019ADN ; ils imitent ainsi l\u2019action des activateurs de transcription de la cellule mais ils s\u2019en diff\u00e9rencient par leur incapacit\u00e9 \u00e0 d\u00e9clencher efficacement la transcription ou \u00e0 la mener \u00e0 son terme. Le m\u00e9canisme par lequel les pseudo-activateurs de transcription, apr\u00e8s avoir p\u00e9n\u00e9tr\u00e9 dans une cellule v\u00e9g\u00e9tale, se fixent sur l\u2019ADN de l\u2019h\u00f4te a \u00e9t\u00e9 d\u00e9crit par Jens Boch et coll. (Department of Genetics, Institute of Biology, Martin-Luther-University Halle-Wittenberg<\/i>) en 2009. Les pseudo-activateurs de transcription ont une structure modulaire constitu\u00e9e de s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives de 33 \u00e0 34 acides amin\u00e9s. Chacune de ces unit\u00e9s r\u00e9p\u00e9titives reconna\u00eet une paire de bases l’ADN (A, T, C ou G) selon un code de reconnaissance dict\u00e9 par leur s\u00e9quence en acides amin\u00e9s. Matthew J. Moscou et Adam J. Bogdanove (Department of Plant Pathology and Bioinformatics and Computational Biology Program, Iowa State University<\/i>) ont montr\u00e9 le r\u00f4le pr\u00e9dominant du duo d\u2019acides amin\u00e9s situ\u00e9s en positions 12 et 13 de la s\u00e9quence d\u2019une unit\u00e9 r\u00e9p\u00e9titive. Le code de reconnaissance une fois d\u00e9chiffr\u00e9 ouvre la possibilit\u00e9 de fabriquer des prot\u00e9ines TAL reconnaissant une s\u00e9quence g\u00e9nomique d\u00e9termin\u00e9e. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Boch J, Scholze H, Schornack S, Landgraf A, Hahn S, Kay S, Lahaye T, Nickstadt A, Bonas U Breaking the code of DNA binding specificity of TAL-type III effectors<\/i> (2009)
\nMoscou MJ Bogdanove AJ A simple cipher governs DNA recognition by TAL effectors<\/i> (2009)<\/p>\n \n

Des nucl\u00e9ases chim\u00e9riques. Un groupe de chercheurs sous l\u2019\u00e9gide d\u2019Edward J Rebar (Sangamo BioSciences, Inc., Richmond, California<\/i>) a tir\u00e9 partie du code de reconnaissance des activateurs de transcription entrepris pour concevoir des nucl\u00e9ases sp\u00e9cifiques, actives dans les cellules v\u00e9g\u00e9tales et animales. Pour construire les TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nuclease<\/i>), ils ont associ\u00e9 un domaine TALE \u00e0 l\u2019endonucl\u00e9ase FokI. A la diff\u00e9rence de la majorit\u00e9 des endonucl\u00e9ases, FokI est compos\u00e9e de deux domaines fonctionnels : un domaine de reconnaissance de l\u2019ADN et un domaine catalytique. Ils ont remplac\u00e9 le domaine de reconnaissance de la nucl\u00e9ase par un domaine TALE assembl\u00e9 en laboratoire. FokI est un enzyme monom\u00e9rique mais c\u2019est sous forme de dim\u00e8re qu\u2019il coupe les deux brins d\u2019ADN. Pour cibler une s\u00e9quence sp\u00e9cifique dans un g\u00e9nome, il est n\u00e9cessaire de cr\u00e9er une sonde r\u00e9unissant plusieurs prot\u00e9ines TAL – orient\u00e9es t\u00eate-b\u00eache. La longueur du segment d\u2019acides-amin\u00e9s s\u00e9parant le domaine TALE de FokI, et le nombre de nucl\u00e9otides cibles sur le g\u00e9nome, doivent \u00eatre d\u00e9finis avec pr\u00e9cision. En pratique, on utilise deux sondes qui se fixent face \u00e0 face sur les deux brins de l’ADN, permettant aux enzymes FokI de se rejoindre et de sectionner la double h\u00e9lice. On a encore accru la sp\u00e9cificit\u00e9 et l\u2019efficacit\u00e9 de FokI en fabriquant, par ing\u00e9nierie g\u00e9n\u00e9tique, des versions am\u00e9lior\u00e9es par mutations. La cassure introduite par TALEN est r\u00e9par\u00e9e par les enzymes de la cellule, ce qui n\u2019exclut pas le risque de mutations potentielles. Lors de la r\u00e9paration, les chercheurs peuvent introduire, modifier ou supprimer un g\u00e8ne. <\/p>\n \n

L\u2019emploi de la technologie TALEN a \u00e9t\u00e9 \u00e9clips\u00e9e par l\u2019arriv\u00e9e de la technologie CRISPR-Cas9, plus facile et moins co\u00fbteuse. Il existe cependant deux domaines o\u00f9 elle garde son int\u00e9r\u00eat pour sa finesse et sa flexibilit\u00e9 : la g\u00e9n\u00e9tique classique emprunte la voie allant des g\u00e8nes au ph\u00e9notype (prot\u00e9ines, ARN). En g\u00e9n\u00e9tique inverse<\/b>, on cherche \u00e0 \u00e9lucider la fonction d\u2019un ou de plusieurs g\u00e8nes en partant de variations de ph\u00e9notypes dans les cellules ou les organismes. Pour cette approche, les TALEN permettent de modifier un g\u00e8ne sp\u00e9cifique avec plus de pr\u00e9cision que les autres m\u00e9thodes d\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique. Dans la technologie TALEN, ce sont deux longues prot\u00e9ines qui se fixent sur l\u2019ADN r\u00e9duisant ainsi le risque de modifications \u00ab hors-cible \u00bb. D\u2019autre part, l\u2019emploi de la technologie TALEN est plus \u00e9tendu parce qu\u2019elle fait l\u2019impasse sur la pr\u00e9sence d’une s\u00e9quence PAM \u00e0 proximit\u00e9 de la cible, comme dans le syst\u00e8me CRISPR ; les TALEN, n’ayant pas cette contrainte, peuvent cibler n’importe quelle s\u00e9quence d’ADN. L\u2019autre domaine o\u00f9 la technologie TALEN garde tout son int\u00e9r\u00eat est la th\u00e9rapie g\u00e9nique humaine<\/b> ; la grande sp\u00e9cificit\u00e9 de cette technologie permet \u00e0 l\u2019exp\u00e9rimentateur de modifier un g\u00e8ne sp\u00e9cifique avec plus de pr\u00e9cision que les autres m\u00e9thodes d\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique. TALEN a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 pour modifier des s\u00e9quences d\u2019ADN de nombreux organismes mod\u00e8les, des bact\u00e9ries aux mammif\u00e8res.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Miller JC, Tan S, Qiao G, Barlow KA, Wang J, Xia DF, Meng X, Paschon DE, Leung E, Hinkley SJ, Dulay GP, Hua KL, Ankoudinova I, Cost GJ, Urnov FD, Zhang HS, Holmes MC, Zhang L, Gregory PD, Rebar EJ A TALE nuclease architecture for efficient genome editing<\/i> (2011)
\nZhang F, Cong L, Lodato S, Kosuri S, Church GM, Arlotta P Efficient construction of sequence-specific TAL<\/i> (2011)<\/p>\n \n

Le domaine d\u2019application des technologies d\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique bas\u00e9es sur l\u2019emploi de CRISPR s\u2019est encore \u00e9tendu apr\u00e8s la d\u00e9couverte d\u2019une nouvelle famille de nucl\u00e9ases Cas : Cpf1 (renomm\u00e9e Cas 12a). Elle a \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9e chez les bact\u00e9ries ana\u00e9robies Acidaminococcus et Lachnospiraceae \u2013 par Bernd Zetsche et coll., dans le groupe de Feng Zhang (McGovern Institute for Brain Research, Massachusetts Institute of Technology et Broad Institute, Cambridge<\/i>) – et chez la bact\u00e9rie pathog\u00e8ne Francisella novicida \u2013 par In\u00e8s Fonfara et coll., dans le groupe d\u2019Emmanuelle Charpentier. Le sigle Cpf1 vient de CRISPR from Prevotella Francisella1<\/i>.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Zetsche B, Gootenberg JS, Abudayyeh O, Slaymaker IM, Makarova KS, Esslebichler P, Volz SE, Joung J, van der Oost J, Regev A, Koonin EV, Zhang F Cpf1 Is a Single RNA-Guided Endonuclease of a Class 2 CRISPR-Cas System<\/i> (2015)
\nFonfara I, Richter H, Bratovi\u010d M, Le Rhun A, Charpentier E The CRISPR-associated DNA-cleaving enzyme Cpf1 also processes precursor CRISPR RNA<\/i> (2016) <\/p>\n \n

On connaissait d\u00e9j\u00e0 de nombreuses prot\u00e9ines effectrices Cas (CRISPR-associated proteins<\/i>) appartenant \u00e0 plus de 45 familles, et catalogu\u00e9es en type I, monom\u00e9rique, repr\u00e9sent\u00e9 par Cas3, une d\u00e9soxyribonucl\u00e9ase et ATP-h\u00e9licase form\u00e9e d\u2019une seule cha\u00eene polypeptidique, et le type II, multim\u00e9rique, repr\u00e9sent\u00e9 par Cas9, une endo-d\u00e9soxyribonucl\u00e9ase guid\u00e9e par un ARN. En 2016, Emmanuelle Charpentier et ses coll\u00e8gues de la Max Planck Unit for the Science of Pathogens, Berlin, du Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden, Ume\u00e5 University, et du Helmholtz Centre for Infection Research, Braunschweig<\/i>, ont pr\u00e9sent\u00e9 une nouvelle version du syst\u00e8me CRISPR-Cas mettant en jeu Cpf1, une endoribonucl\u00e9ase et endonucl\u00e9ase, une dualit\u00e9 fonctionnelle unique parmi les prot\u00e9ines de la famille Cas. Les deux r\u00e9actions mettent en \u0153uvre des domaines distinct de l\u2019effecteur. Un certain nombre de particularit\u00e9s de Cpf1 l\u2019ont fait appara\u00eetre comme une alternative avantageuse pour remplacer Cas9, l\u2019effecteur le plus utilis\u00e9 jusque-l\u00e0 : comme Cas9, Cpf1 appartient aux syst\u00e8mes CRISPR de Class 2 ; \u00e0 la diff\u00e9rence de Cas9, Cpf1 g\u00e9n\u00e8re des cassure ADN avec deux brins d\u00e9cal\u00e9s. Comme Cas9, cette endonucl\u00e9ase reconna\u00eet un motif PAM (Proto-spacer Adjacent Motif<\/i>) riche en T, mais alors que Cas9 n\u00e9cessite la pr\u00e9sence d\u2019un ARNtrac pour la maturation de l\u2019ARN guide et la coupure de l\u2019ADN, la double activit\u00e9 ARNase et ADNase de Cpf1 lui permet de synth\u00e9tiser l\u2019ARNcr sans l\u2019aide d\u2019ARNtracr. Je rappelle que la reconnaissance de la s\u00e9quence cible sur l’ADN implique (i) la compl\u00e9mentarit\u00e9 des bases entre cette s\u00e9quence et celle de l\u2019ARNcr ; (ii) la pr\u00e9sence d\u2019une courte s\u00e9quence PAM de 2 \u00e0 6 pb (5′-Y-T-N-3′ dans le cas de Cpf1), situ\u00e9e sur le brin ADN qui ne contient pas la s\u00e9quence cible (8 nucl\u00e9otides). Les s\u00e9quences de l\u2019ARNcr et de PAM d\u00e9finissent avec pr\u00e9cision le site de coupure. L\u2019ARNtrac, appari\u00e9 \u00e0 une partie de l\u2019ARNcr forme une \u00e9pingle \u00e0 cheveu, qui sert \u00e0 la nucl\u00e9ase de rep\u00e8re d\u2019ancrage sur l\u2019ADN. La reconnaissance de la s\u00e9quence PAM provoque une fusion localis\u00e9e de l\u2019ADN double brin, permettant \u00e0 l\u2019ARNcr d\u2019acc\u00e9der au brin d\u2019ADN auquel il s\u2019apparie. Comme il a \u00e9t\u00e9 dit pr\u00e9c\u00e9demment, les effecteurs Cas sont form\u00e9s de deux domaines nucl\u00e9asiques, HNH et RuvC, qui coupent chacun un brin d\u2019ADN ; dans le cas de Cpf1 la coupure g\u00e9n\u00e8re deux extr\u00e9mit\u00e9s d\u00e9cal\u00e9es de 5 \u00e0 8 nucl\u00e9otides. Emmanuelle Charpentier a qualifi\u00e9 la nouvelle version du syst\u00e8me CRISPR-Cas bas\u00e9e sur l\u2019emploi de Cpf1, de \u00ab most minimalistic so far described<\/i> \u00bb. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Jiang W, Bikard D, Cox D, Zang F, Marraffini LA RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems<\/i> (2013)
\nSafari F, Zare K, Negahdaripour M, Barekati-Mowahed M, Ghasemi Y CRISPR Cpf1 proteins: structure, function and implications for genome editing<\/i> (2019) <\/p>\n \n

Le locus CRISPR-Cpf1 est constitu\u00e9 de 9 espaceurs s\u00e9par\u00e9s par des s\u00e9quences r\u00e9p\u00e9titives longues de 36 nucl\u00e9otides. Dans les familles de prot\u00e9ines des bact\u00e9ries ana\u00e9robies Acidaminococcus<\/i> et Lachnospiraceae<\/i>, on a identifi\u00e9 deux orthologues Cpf1 utilisables pour l\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique de cellules humaines. Le domaine d\u2019application des outils d\u2019\u00e9dition CRISPR-Cas9 et Cpf1est tr\u00e8s vaste ; leur succ\u00e8s est attest\u00e9 par le fait que, depuis leur introduction, on recense, aujourd\u2019hui (2025), plus de quinze mille publications scientifiques faisant mention de son emploi. Pour ne citer que quelques-unes des applications possibles : r\u00e9gulation transcriptionnelle, modulation \u00e9pig\u00e9n\u00e9tique (par m\u00e9thylation de bases de l\u2019ADN, modification des histones), \u00e9dition de bases, criblage \u00e0 grande \u00e9chelle, d\u00e9tection d\u2019agents pathog\u00e8nes (SARS-CoV-2), g\u00e9n\u00e9tique fonctionnelle (d\u00e9couvrir la fonction d\u2019un g\u00e8ne) g\u00e9notypage multiplexe (l\u2019expression simultan\u00e9e de plusieurs ARN guides et enzymes Cas). L\u2019ADN peut \u00eatre modifi\u00e9 en plusieurs endroits en m\u00eame temps en s\u00e9rie et des familles enti\u00e8res de g\u00e8nes peuvent \u00eatre d\u00e9sactiv\u00e9es dans un organisme. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rences : Cong L, Ran A, Cox D, Lin S, Baretto R, Habib N, Hsu PD, Wu X, Jiang W, Marraffini LA, Zang F Multiplex Genome Engineering Using CRISPR\/Cas Systems<\/i> (2013)
\nJiang W, Bikard D, Cox D, Zang F, Marraffini LA RNA-guided editing of bacterial genomes using CRISPR-Cas systems<\/i> (2013) <\/p>\n\n

Prime editing<\/b><\/span><\/h3>\n\n

Il \u00e9tait dit que dans le domaine de l\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique nous irions de r\u00e9volution en progr\u00e8s spectaculaires. En 2019, le groupe de David R. Liu (Merkin Institute of Transformative Technologies in Healthcare, Broad Institute of Harvard and MIT, Cambridge<\/i>) proposa un nouvel outil – le \u00ab Prime editing<\/i> \u00bb, encore appel\u00e9 \u00ab Base editing<\/i> \u00bb – offrant sur CRISPR-Cas le double avantage d\u2019\u00eatre plus pr\u00e9cis dans les modifications apport\u00e9es \u00e0 l’ADN et de mieux les contr\u00f4ler ; les m\u00e9canismes de r\u00e9paration de l’ADN intervenant apr\u00e8s la coupure introduisent un risque d’erreur. Tant que le probl\u00e8me des effets hors-cible (off-target<\/i>), introduisant des modifications collat\u00e9rales dans le g\u00e9nome, n\u2019est pas r\u00e9solu, la possibilit\u00e9 d\u2019utiliser CRISPR-Cas en clinique est limit\u00e9e. Le risque d\u2019effets \u00ab hors cible \u00bb n\u2019existe pas avec le Prime editing puisqu\u2019il n\u2019y a ni coupure des deux brins de l’ADN, ni n\u00e9cessit\u00e9 d\u2019utiliser une matrice ADN. A la strat\u00e9gie \u00ab couper puis coller \u00bb de CRISPR-Cas – supprimer une s\u00e9quence d\u2019ADN et la remplacer par une autre – on substitue une strat\u00e9gie \u00ab chercher puis remplacer \u00bb : modifier base par base le code g\u00e9n\u00e9tique. <\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Anzalone AV, Randolph PB, Davis JR, Sousa AA, Koblan LW, Levy JM, Chen PJ, Wilson C, Newby GA, Raguram A, Liu DR Search-and-replace genome editing without double-stranded breaks or donor DNA<\/i> (2019) <\/p>\n \n

La mise en \u0153uvre du Prime editing<\/i> commence par la fabrication d\u2019un outil mol\u00e9culaire constitu\u00e9 de la Prime editor protein<\/i> et du Prime editing guide RNA<\/i>. Ce dernier – acronyme l\u2019ARNpeg \u2013 a une double fonction : (i) s\u00e9lectionner la s\u00e9quence cible ADN (Primer binding site<\/i>) ; celle-ci est sp\u00e9cifi\u00e9e par un ARN dont la s\u00e9quence est compl\u00e9mentaire ; (ii) sp\u00e9cifier la modification \u00e0 introduire ; c\u2019est le r\u00f4le d\u00e9volu \u00e0 une matrice (template<\/i>) associ\u00e9e. Cette longue mol\u00e9cule renferme successivement, de l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 5\u2019 \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 3\u2019 : une s\u00e9quence guide ancr\u00e9e dans la nickase par une structure en \u00e9pingles \u00e0 cheveux, un segment d\u2019ARN ancr\u00e9 dans la transcriptase r\u00e9verse par une seconde structure en \u00e9pingles \u00e0 cheveux ; l\u2019extr\u00e9mit\u00e9 3\u2019 de l\u2019ARNpeg avec la matrice et la s\u00e9quence guide (Primer binding site<\/i>) \u00e9merge du complexe. Pour la \u00ab Prime editor protein<\/i> \u00bb on utilise un complexe associant une nucl\u00e9ase Cas9 dont on a diminu\u00e9 la capacit\u00e9 catalytique de fa\u00e7on \u00e0 ce qu\u2019elle n\u2019entaille qu\u2019un seul brin d\u2019ADN (nickase<\/i>), en cr\u00e9ant une extr\u00e9mit\u00e9 3\u2019 libre, et une transcriptase r\u00e9verse, produite par ing\u00e9nierie, qui utilise la partie matrice de l\u2019ARNpeg pour synth\u00e9tiser un tr\u00e8s court fragment d\u2019ADN monobrin de s\u00e9quence d\u00e9finie par l\u2019exp\u00e9rimentateur. Cette r\u00e9paration se d\u00e9roule sur le Primer binding site<\/i>.<\/p>\n \n

Le Prime editing<\/i> est un outil d\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique versatile pour modifier de fa\u00e7on tr\u00e8s pr\u00e9cise le g\u00e9nome d\u2019organismes vivants. Son apparition a \u00e9t\u00e9 largement diffus\u00e9e dans la presse non scientifique \u00e0 cause des possibilit\u00e9s qu\u2019il offre dans le domaine des maladies g\u00e9n\u00e9tiques chez l\u2019homme, en rendant possible la correction des mutations g\u00e9n\u00e9tiques ex-vivo<\/i> ou in vivo<\/i>.<\/p>\n \n

R\u00e9f\u00e9rence : Liu P, Liang SQ, Zheng C, Mintzer E, Zhao YG, Ponnienselvan K, Mir A, Sontheimer EJ, Gao G, Flotte TR, Wolfe SA Improved prime editors enable pathogenic allele correction and cancer modelling in adult mice<\/i> (2021) <\/p>\n\n

Les transposons sont des \u00e9l\u00e9ments g\u00e9n\u00e9tiques \u2013 des s\u00e9quences d’ADN endog\u00e8nes – capables de se d\u00e9placer au sein d’un g\u00e9nome. Ils sont largement r\u00e9pandus chez les animaux, les v\u00e9g\u00e9taux et les bact\u00e9ries ; ils peuvent aussi \u00eatre introduits dans les cellules \u00e0 l\u2019aide d\u2019un vecteur pour provoquer des mutations. Les r\u00e9trotransposons se diff\u00e9rencient des transposons par l’interm\u00e9diaire utilis\u00e9: un ARN au lieu d’ADN. Cet ARN est transcrit en ADN par la r\u00e9verse transcriptase. Pour se d\u00e9placer et s\u2019ins\u00e9rer dans le g\u00e9nome \u00e0 l’aide d\u2019une transposase, les \u00e9l\u00e9ments g\u00e9n\u00e9tiques mobiles ont recours aux m\u00e9canismes du \u00ab couper puis coller \u00bb (transposons) ou du \u00ab copier puis coller \u00bb (r\u00e9trotransposons). Il existe donc dans la nature des m\u00e9canismes permettant d\u2019ins\u00e9rer de larges fragments d\u2019ADN dans un g\u00e9nome.<\/p>\n \n

Les syst\u00e8mes de Prime editing<\/i> souffrent d\u2019une limitation: la longueur des fragments d\u2019ADN qu\u2019elles peuvent ins\u00e9rer dans un g\u00e9nome n\u2019exc\u00e8de pas 66 pb avec une efficacit\u00e9 de 20%. C\u2019est un handicap lorsqu\u2019on veut traiter des maladies g\u00e9n\u00e9tiques en rempla\u00e7ant un g\u00e8ne d\u00e9fectueux. Pour palier \u00e0 cet inconv\u00e9nient, Jin Wang (Medical Research Institute, Zhongnan Hospital of Wuhan University<\/i>) et un groupe de collaborateurs appartenant \u00e0 9 institutions ont invent\u00e9 le GRAND editing, permettant l\u2019insertion directe et pr\u00e9cise dans un g\u00e9nome de fragments d\u2019ADN allant jusqu\u2019\u00e0 1 kb. L\u2019originalit\u00e9 de cette m\u00e9thode tient au fait qu\u2019au lieu d\u2019utiliser un donneur ADN, on mobilise deux ARNpeg dont les matrices (templates<\/i>) ne sont pas homologues \u00e0 l\u2019ADN cible (Primer binding site<\/i>) mais partiellement compl\u00e9mentaires l\u2019une de l\u2019autre, si bien qu\u2019elles peuvent s\u2019apparier en une structure bi-h\u00e9lico\u00efdale, qui sera transcrit par la r\u00e9verse transcriptase en ADN double brin stable. Celui-ci repr\u00e9sente le fragment d\u2019ADN dont l\u2019int\u00e9gration cibl\u00e9e dans le g\u00e9nome remplacera le fragment de g\u00e8ne d\u00e9fectueux. Sa longueur peut atteindre 150 pb (efficacit\u00e9 63%), 250 pb (efficacit\u00e9 28%) et jusqu\u2019\u00e0 1000 pb (efficacit\u00e9 1%). On per\u00e7oit imm\u00e9diatement les avantages d\u2019une telle approche exp\u00e9rimentale en th\u00e9rapeutique.<\/p>\n \n

Comme dans la m\u00e9thode classique d\u2019\u00e9dition g\u00e9nomique, les deux ARNpeg dirigent la nickase vers les s\u00e9quences cibles d\u2019ADN double brin ; la nucl\u00e9ase pratique deux entailles sur le brin oppos\u00e9 ; les ARNpeg servent alors de matrices pour la r\u00e9verse transcriptase qui synth\u00e9tise deux ADN monocat\u00e9naires qui s\u2019apparient du fait de la compl\u00e9mentarit\u00e9 partielle de leurs s\u00e9quences. Ce nouveau fragment entre en comp\u00e9tition avec le g\u00e8ne d\u00e9fectueux ; si il est int\u00e9gr\u00e9 dans le g\u00e9nome, il est pris en charge par la machinerie cellulaire de r\u00e9paration de l\u2019ADN.<\/p>\n\n

R\u00e9f\u00e9rences : Wang J, He Z, Wang G, Zhang R, Duan J, Gao P, Lei X, Qiu H, Zhang C, Zhang Y, Yin H Efficient targeted insertion of large DNA fragments without DNA donors<\/i> (2022)<\/br>\nZheng C, Liu B, Dong X Gaston N, Sontheimer EJ, Xue W Template-jumping prime editing enables large insertion and exon rewriting in vivo<\/i> (2023)<\/p>\n\n\n\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Noyau Anthonie van Leeuwenhoek a-t-il d\u00e9couvert le noyau des cellules ? Dans une lettre envoy\u00e9e en 1702 \u00e0 la Royal Society de Londres, il mentionna la pr\u00e9sence d\u2019un point lumineux au centre des globules rouges de poissons : \u00ab \u2026a clear sort of light in the middle: \u00bb. Vingt ans plus t\u00f4t, il avait d\u00e9j\u00e0 … Continue reading Chapitre 3<\/span> →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_monsterinsights_skip_tracking":false,"footnotes":""},"class_list":["post-723","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/723","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=723"}],"version-history":[{"count":15,"href":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/723\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":17972,"href":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/723\/revisions\/17972"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/perso.uclouvain.be\/alain.amar-costesec\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=723"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}