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Les voies moléculaires de la différenciation cellulaire

La régulation des gènes est un processus fondamental de la différenciation cellulaire ou du contrôle des voies moléculaires d'un organisme fonctionnel. Des chercheurs financés par l'UE ont étudié comment les systèmes du vivant, tant les organismes complets que les voies de régulation, parviennent à fonctionner de manière aussi précise.
Les voies moléculaires de la différenciation cellulaire
Le projet REGULATING FLIES (Physical principles of molecular signal integration in early fly development) a ainsi abordé cette question fondamentale du contrôle des voies moléculaires de la différenciation cellulaire. Les chercheurs ont développé une technique permettant d'étudier la dynamique de la transcription génétique dans les premiers stades de développement d'un organisme modèle, la drosophile plus communément appelée mouche des fruits.

Pendant son développement, des protéines spécifiques activent séquentiellement les gènes dont l'expression définit le plan des segments de l'axe antéro-postérieur de l'insecte. Les gènes codent pour des protéines qui remplissent des fonctions spécifiques. Comprendre comment les gènes sont activés au bon moment et au bon endroit au cours du développement de l'insecte pour in fine, déboucher sur un organisme adulte fonctionnel, tel était le défi posé.

Des études antérieures ont déjà montré que toutes les voies moléculaires possibles ne se réalisent pas dans la nature. Certaines solutions moléculaires pourraient par conséquent être plus adaptées à des fonctions spécifiques comme la réduction du hasard, le traitement de l'information ou la variation phénotypique au sein d'une population. Ces idées ont été testées par les partenaires du projet qui ont développé une boîte à outils génétique capable de réaliser des mesures détaillées dans les embryons de mouche.

Les chercheurs ont ainsi analysé les données du processus de transcription génétique de la drosophile. Après la période initiale d'inactivité qui suit la division cellulaire (mitose), la transcription commence au niveau du locus du gène Hunchback avec des poussées nettes et différenciées d'activité renforcée ou diminuée.

Les chercheurs ont également identifié des signatures de mémoire faible de cet état transcriptionnel entre les subséquents cycles cellulaires. En utilisant un système beaucoup plus bruyant (aléatoire) pour l'observation du développement de la drosophile, l'équipe a pu identifier pour la première fois, une forte mémoire transcriptionnelle lors du développement. Les chercheurs ont également étudié le rôle des protéines à homéo-domaine dans la fixation de facteurs de transcription comme la protéine bicoïde au niveau des sites de régulation de l'ADN. La protéine bicoïde détermine quelle extrémité de l'embryon deviendra la tête de l'insecte.

Le projet REGULATING FLIES a réalisé une validation expérimentale des réseaux moléculaires de la drosophile. Généticiens et biophysiciens ont ainsi collaboré pour démêler l'expression spatio-temporelle coordonnée des gènes pendant l'embryogénèse et décrire leurs interactions de manière quantitative. Ces informations permettront in fine, de déterminer les principes physiques d'ensemble qui sous-tendent ces interactions complexes.

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Mots-clés

Différenciation, RÉGULATING FLIES, transcription, bossu, protéine à homéodomaine