Ingénieur Bioinformaticienne - Le thème de la semaine...

Le thème de la semaine : une cellule biologique...

Evelyne Duvernois — Fri, 11 Apr 2008 12:37:00 +0200

Comme je vous l'avais précisé il y a... et oui, plus d'un mois maintenant ici, je vais vous parler un peu plus profondément de la réponse immunitaire.... Non je rigole. Je crois que j'ai définitivement abandonné mon idée de vous parler de ça, vu que ce n'ai pas ma tasse de thé, mais pas du tout...

Je disais donc, aujourd'hui, je vais vous parler des cellules, vous savez, ces petites choses qu'on a en millions d'exemplaires... Mais à quoi cela ressemble-t-il vraiment ? Qu'est-ce qu'on y trouve ?

Un peu d'histoire pour commencer

Replaçons-nous dans le contexte, milieu de 17ème siècle, en Angleterre. Robert Hooke (1634-1703) est un scientifique expérimentale membre de la Royal Society de Londres depuis 1663. Ses études sont diverses et il étudie en particulier les propriétés des cristaux et de la lumière. Il est aussi inventeur (régulateur pour balancier de montres, système de télégraphie optique, moyens de voler dans les airs, baromètres à roue, hélioscope, thermomètre à alcool...).
Pour la biologie plus particulièrement, il fait de nombreuses observations telles que les ailes d’insectes, les puces et les poux, qu'il étudie grâce au microscope de sa fabrication. Il étudie aussi la transfusion sanguine ou encore les greffes de peau ainsi que l'anatomie des végétaux fossiles et vivants, dont il fit l'anatomie comparée.

C'est dans son ouvrage Micrographia, or Some Physiological Descriptions of Minute Bodies Made by Magnifying Glasses publié en 1665 qu'il décrit pour la première fois le terme de "cellule", employé pour décrire de petites alvéoles qu'il a pu observé dans le liège. Ce terme est issu du latin cellula qui désigne de petites chambres.

Qu'est-ce qu'une cellule...

Une cellule correspond à une unité structurale, fonctionnelle et reproductrice d'un individu (à entendre ici au sens large). Les cellules sont le constituant d'un organisme, et sont présentes en un ou plusieurs exemplaires pour un même organisme vivant (on exclue actuellement du monde vivant les virus). Chaque cellule est une entité vivante et est autonome mais coordonnée avec les cellules avoisinantes.
Les cellules sont regroupées en tissu et les tissus s'organisent en organe.

Présentation de cellules "types"

Les cellules, quelles soient animales, végétales ou bactériennes, regroupent un certain nombre de structures appelées organites communes. Toutefois, chaque type de cellules (organisme différent, tissu différent) possède ses propres caractéristiques, caractéristiques que je ne ferais que survoler ici.
Une cellule eucaryote c'est-à-dire "évoluée" possède au minimum :

un noyau : contient l'information génétique
un cytoplasme délimité par une membrane : est le milieu intérieur de la cellule, qui permet une conservation des constantes de pH, de concentrations...
un réticulum endoplasmique et un appareil de Golgi : qui sert au transport de molécules
des mitochondries : qui produit l'énergie
des vésicules : qui stocke des molécules

C'est le cas des cellules animales. Les cellules végétales sont plus grosses (200µm contre 50 pour l'animale) et possèdent un autre type d'organites appelé chloroplastes responsables de la réalisation de la photosynthèse par la plante. La cellule végétale possède aussi un grosse vacuole qui prend quasiment 90% de l'espace total de la cellule qui emmagasine ce que la cellule produit en sucres, lipides... La cellule végétale possède aussi une paroi extra-cellulaire beaucoup plus résistance que la membrane des cellules animales, qui délimite les cellules végétales entres-elles mais permettant tout de même une forte communication intra-cellulaire avec de nombreux échanges de molécules.

Je ne vais pas développer ici la cellule bactérienne qui est une structure plus complexe et qui a de nombreuses particularités selon les organismes. Toutefois, il faut signifier que la cellule bactérienne correspond à l'organisme entier puisqu'une bactérie est un être unicellulaire. Ces cellules possèdent donc tout ce qu'il faut comme machinerie de déplacement et d'infection de l'hôte.

Que fait une cellule (ici animale/végétale)

Une cellule maintient un ordre dans l'organisme grâce à une gestion de flux très spécifique. Un cellule est un véritable système thermodynamique.

Tout d'abord, la cellule est un espace fermé mais qui échange avec l'extérieur. La membrane plasmique est en fait constituée d'une bicouche phospholipidique (des lipides avec "phosphate"), dans laquelle sont enchassées des protéines. Cette membrane filtre les allers et venues des molécules, selon des constances de pH et de concentrations à respecter, et permet le passage de la lumière et de la chaleur. Elle assure aussi la transmission de message (voir le billet sur les neurotransmetteurs et le flux d'informations au niveau neuronal).

De plus, la cellule permet l'expression des gènes aux vues du fait que c'est le noyau qui contient l'ADN. Les étapes biologiquement importants, comme la division cellulaire, permettent la transmission d'un même ADN à plusieurs cellules "filles" issues de la même cellule "mère". La cellule est vecteur de gènes et vecteur de variation génétique lors de la reproduction sexuée qui consiste à la fusion de 2 cellules ayant des ADN différents.

En conclusion

Pour conclure de toute cette étude, la cellule est ce grâce à quoi nous existons. Ces cellules sont toutes plus ou moins autonomes, et pourraient être assimilées à tout un tas de petites machines indépendantes remplissant leur tache pour le bien commun, soit l'organisme entier.
Les cellules, bien qu'elles soient organisées plus ou moins de manière identique, ont des caractéristiques spécifiques qui font qu'elles ont un rôle spécifique dans l'organisme : un rôle de producteur de matière comme pour la production de bile ou de sucs gastriques (vésicule biliaires, estomac...), un rôle de "nettoyeur" de matière avec la détoxification de l'organisme (foie, rein...) ou encore un rôle mécanique (muscles, coeur, intestin).

Toute cellule dans un organisme est importante, et c'est ces petites choses "insignifiantes" qui font ce que nous sommes...

Le thème de la semaine : Les neurotransmetteurs

Evelyne Duvernois — Mon, 17 Mar 2008 09:09:00 +0100

Comme Véronique me l'a demandé, je vais parler cette semaine de petites molécules très importantes dans l'organisme, de petites molécules sans lesquels la vie serait bien plus compliquée, qui permettent de mettre en place une communication interne au sein de l'organime.

Ces petites molécules s'appellent des Neurotransmetteurs...

Un neurotransmetteur est une petite molécule présente naturellement dans l'organisme dont le rôle est de créer une communication dans l'organisme. On appelle ce phénomène la transmission de signal. Mais pour bien comprendre le rôle d'un neurotransmetteur, il faut remonter au niveau du système nerveux.

Le système nerveux (humain) et les neurones

Le système nerveux est une organisation spécifique d'organes qui permettent à tout l'organisme de bouger et de ressentir... Il est un peu le disque dur de l'individu. Chez les vertébrés (animaux à vertèbres), le système nerveux est composé du cerveau, de la moelle épinière ainsi que de tous les nerfs. Ce système permet de contrôler les muscles et les organes en vue de régir notre coordination (contrôle des muscles), notre état de santé (vous ne faite pas battre volontairement votre cœur, pourtant il bât...) ou notre intégrité (réaction face à une agression telle que la douleur : vous retirer votre main si c'est trop chaud)...

Le système nerveux véhicule toute information sensorielle (douleur, chaleur, froid, piqure...) qui est conduite des nerfs jusqu'au cerveau et inversement. Chaque nerf est constitué de cellules appelées neurones qui sont à la base de cette communication de l'information sensorielle. Le neurone a une structure très caractéristique, constitué d'un axone, sorte d'axe sur lequel s'étire la cellule, d'un corps cellulaire, élément central du neurone contenant le noyau, de dendrites, prolongements du corps cellulaire, et enfin des terminaisons neuronales.

Le message sensoriel transite au sein d'un neurone le long de l'axone, des dendrites aux prolongements neuronaux, et transite entre 2 neurones ou entre un neurone et une cellule (par exemple cellule musculaire) par ce que l'on appelle une synapse. Ce message est en fait un message électrique dont je ne vais pas décrire ici toutes les composantes (si un billet plus détaillés vous intéresse, n'hésitez-pas à m'en parler). A l'extrémité des terminaisons neuronales se trouvent ce qu'on appelle des boutons synaptiques qui entrent quasiment en contact avec une dendrite d'un autre neurone (ou une cellule). Le contact n'est pas réellement établi, et un espace est présent entre les 2 structures, espace qu'on appelle la fente synaptique. L'élément en amont de la fente synaptique est appelé élément pré-synaptique alors que celui en aval est appelé élément post-synaptique. L'ensemble constitue la synapse.

Les neurotransmetteurs dans tout ça...

Au vue du fait qu'une synapse correspond à un espace physique entre 2 composants, et que le signal doit quand même transité, un élément de transmission du signal est nécessaire entre les 2 composants. Cet élément est le neurotransmetteur...

Un neurotransmetteur doit remplir plusieurs caractéristiques :

il doit être présent et stocké dans l'élément pré-synaptique
il doit y être synthétisé (produit par réaction chimique)
il doit être libéré dans la fente synaptique en réponse à une stimulation de l'élément pré-synaptique
des récepteurs spécifiques de ce neurotransmetteurs doivent être présents sur l'élément post-synaptique
un système de dégradation du neurotransmetteur ou de recapture vers l'élément pré-synaptique doit être présent.

Ainsi, lors d'une stimulation d'un neurone dans un nerf, l'information sous forme d'influx électrique traverse l'axone pour arriver aux boutons synaptiques. La synthèse des neurotransmetteurs est stimulée pour qu'ils soient relargués dans la fente synaptique. Ils entrent alors en contact avec des récepteurs spécifiques sur l'élément post-synaptique, ce qui provoque un influx nerveux côté post-synapse. L'information est transmise.

Le système est tout de même un peu plus complexe. Ce n'est pas l'information électrique qui relargue directement le neurotransmetteur mais une libération de calcium dans l'élément pré-synaptique. Je n'entrerai pas dans ces détails ici.

Les neurotransmetteurs

Les neurotransmetteurs sont regroupés au sein de différents "types" suivant leur origine chimique :

les monoamines synthétisés à partir d'acides-aminés : catécholamine, sérotonine, histamine (cf composé histaminique prescrit pour les troubles allergiques)
les endorphines similaires aux opiacés, dont les récepteurs sont souvent la cible de drogue (des opiacés prescrits comme certaines anti-douleur jusqu'à la cocaïne)
les acides-aminés
des substances chimiques diverses comme l'acétylcholine qui est le neurotransmetteur "type" de l'organisme, intervenant entre autre au niveau de récepteurs nicotiniques, récepteurs qui fixent nicotine (ce qu'il y a dans vos cigarettes préférées...), d'où le fait que biologiquement parlant, la nicotine est considérée comme une drogue puiqu'elle prend la place de l'acétylcholine....

Les neurotransmetteurs, des cibles de choix...

Comme suggéré précédemment, les drogues au sens large prennent pour cible nos neurotransmetteurs. Des médicaments remplacent des neurotransmetteurs types pour soit arrêter le signal (douleur), soit l'augmenter (par exemple augmentation/ralentissement du rythme cardiaque suivant le Nt...). D'autres utilisations moins "légales" ont le même but, remplacer un neurotransmetteur pour augmenter/diminuer le signal mais pour des objectifs moins thérapeutiques : augmentation du sentiment de liberté, de bonheur...

Toutefois, l'utilisation de ces drogues n'est pas anodin, puisque les synapses et les cellules synaptiques sont fragiles. Une utilisation prolongée de drogue (médicament ou non) à forte dose provoque des séquelles irrémédiables (destruction de neurones, besoin du neurone de plus en plus grand pour la même réaction...), d'où la nécessité d'un suivi médical quand le traitement se prolonge...

Le thème de la semaine : La fabrication des protéines...

Evelyne Duvernois — Mon, 10 Mar 2008 09:18:00 +0100

Oui oui je sais, 2 choses ne sont pas normales...

Je suis en retard d'une semaine
Ce n'est pas le bon thème

J'avoue que j'ai été très prise cette semaine pour détailler la réponse immunitaire correctement, et mon billet n'est pas fini. Je vous le réserve donc dès que possible et je change de sujet pour aujourd'hui.
Aujourd'hui donc, les protéines...
A quoi servent ces bêtes-là ? Utilité ou nécessité ? Intérêt pour le corps, voici quelques thèmes que je vais aborder...

Je reviens ici sur un thème que j'avais déjà explorer pour vous expliquer le métier de la prédiction de structure des protéines. Je vais donc revenir sur des points déjà vu mais qui sont d'importance...

Une cellule à noyau

Une cellule est une structure élémentaire présente dans tous les organismes en plus ou moins grands nombre. On parle d'organisme unicellulaire quand il n'y a qu'une seul cellule, à l'opposé des organismes pluricellulaires. Ces cellules ont des structures plus ou moins semblables, et possèdent une membrane, un milieu intérieur et des organites, sorte de petits éléments intracellulaires remplissant une fonction dédiée, en particulier, un noyau.
Attention, toutes les cellules ne possèdent pas de noyau, et j'en veux pour preuve vos globules rouges, seuls cellules du corps humain anucléées.

Au sein de noyau se trouve une très longue molécule repliée sur elle-même appelé ADN ou Acide Desoxyribonucléique. Cet ADN contient une information, un code, qui permet au corps de fabriquer nos protéines !

ADN et chromatine

L'ADN est une molécule qui mesure près de 2 mètres, constituée d'une succession de bases azotées constituant le code génétique d'un individu. Cette molécule est double-brin, ce qui permet de lui donner cette allure de double-hélice. L'association des 2 brins se fait en suivant des règles d'appariement strictes qui sont :

une thymine T va en face d'une adénine A et réciproquement
une cytosine C va en face d'une guanine G et réciproquement

Un brin porte les gènes, l'autres non.
Au sein du noyau des cellules (sauf globules rouges ou hématies), l'ADN est présent associé à de petites protéines, appelées histones, pour former ce qu'on appelle la chromatine.
La chromatine est présente sous différente forme dans le noyau, d'un état totalement décondensé à un état le plus condensé qui est le chromosome. C'est cette condensation ultime qui permet au 2 mètres d'ADN de contenir dans le noyau d'une cellule.

C'est au cours d'une de ces phases "décondensées" que l'ADN va être transcrit en une nouvelle molécule appelée ARN.

L'ARN

L'ARN ou Acide RiboNucléique est formé lors de la transcription. Lors de cette transcription, la nouvelle molécule d'ARN est formé à partir de l'ADN suivant les règles d'appariement suivantes :

à la place d'une thymine T, on colle une adénine A et réciproquement
à la place d'une guanine G, on colle un cytosine C
à la place d'une cytosine, on colle un uracile U

L'ARN est une molécule simple-brin qui est produite à partir du brin codant de l'ADN, c'est-à-dire le brin qui porte les gènes.
Une fois l'ARN produit, la molécule est exporté hors du noyau, dans le milieu intérieur de la cellule appelé cytosol, c'est-à-dire le liquide dans lequel baigne toutes les organites d'une cellule.

Production des protéines

Une fois la molécule d'ARN dans le cytosol, les protéines vont pouvoir être produites. C'est ce qu'on appelle la traduction.
La traduction a lieu grâce à l'utilisation des organites particuliers appelés ribosomes. Ces ribosomes sont faits eux-même d'ARN et de protéines. Les ribosomes vont "prendre" les molécules d'ARN et les "décoder" grâce au code génétique : à trois bases appelées codon correspond un acide-aminé :

La production d'une protéine commence (généralement) par la production de l'acide-aminé méthionine (ATG), et se termine par un codon stop (ocre, ambre et opale).

Une fois produite...

Une fois produite, la protéine est exportée là où l'organisme en a besoin, c'est-à-dire dans un organe, une cellule ou même, un compartiment cellulaire particulier. Une protéine peut servir à :

la catalyse : gère des réactions chimiques dans l'organisme (enzyme)
le transport : gère le transport d'éléments (l'hémoglobine pour l'oxygène)
la communication : neuro-transmetteur, signaux chimiques
la reconnaissance : voir le système immunitaire
la structure : le maintien en place de la cellule (cytosqulette)
...

source du code génétique :
--> google sous la requête "code génétique"
--> récupération sur le site de l'Université de Sherbrooke, relatif à la biochimie des protéines

Le thème de la semaine... : Le système immunitaire

Evelyne Duvernois — Mon, 25 Feb 2008 14:06:00 +0100

Pour notre premier "thème de la semaine", j'ai décidé en concertation avec vous, de vous parler un peu du système immunitaire.
Qu'est-ce que c'est ? A quoi ça sert ?

Généralités

Le système immunitaire est la barrière que tout organisme a développé pour se protéger des attaques extérieurs. Ce système très sophistiqué permet à l'organisme de combattre tout élément qui lui est inconnu.
On définit alors le soi du non-soi. On parle du soi pour définir tout élément appartenant à l'organisme, le reste étant du non-soi. Pour reconnaître le soi du non-soi, chaque cellule contient à sa surface des molécules appelées CMH ou Complexe d'Histocompatibilité Humaine. Ces molécules sont soit reconnues comme du soi, soit comme du non-soi.
Une reconnaissance de non-soi va déclancher la réponse immunitaire.

Les agents du système immunitaire

Plusieurs éléments de l'organisme sont dédiés à la réponse immunitaire et toutes les molécules et cellules impliquées sont le système immunitaire.
Les agents principaux et connus de tous sont les leucocytes ou globules blancs qui sont produits dans la moelle osseuse, et sont présentes dans de nombreux endroits du corps (sang, lymphes, ganglions...). Dans le sang, les leucocytes constituent les agents de sécurité de l'organisme et tente de repérer les intrus.
Il existe 6 types différents de leucocytes :

Les neutrophiles : responsables de la défense contre les infections bactériennes et autres petits processus inflammatoires
Les éosinophiles : gère les infections parasitaires
Les basophiles : responsable des réponses allergiques
Les lymphocytes : voir juste après
Les monocytes : cellule phagocytaire (qui mange "ce qui reste")
Les macrophages : monocytes hors du flux sanguin

Les lymphocytes sont le type leucocytaire le plus connu. Ce sont des cellules produites par des cellules souches (cellules non différenciées) dans la moelle osseuse. Une maturation de cellule dans le thymus forment les lymphocytes T tandis que les cellules qui restent dans la moelle donnent des lymphocytes B.

Qu'est-ce que la réponse immunitaire ?

Deux types de réponses immunitaires existent :

La réponse non-spécifique : correspond à
1. une barrière physique : le peau ou les muqueuses
2. une réponse des cellules phagocytaires : capturant et digérant les intrus
3. une réponse du système du complément : qui correspond à un ensemble de protéines qui agissent en cascade (les unes après les autres) dans un processus lytique (provoque la lyse des cellules = éclatement cellulaire).
4. une réponse inflammatoire : rougeur, chaleur, douleur, oedème
La réponse spécifique: correspond à une spécificité de la réponse = la réponse est dirigée vers un intrus et un seul. Elle est de 2 types :
1. le système immunitaire humoral : qui agit contre les bactéries et virus dans les fluides du corps. Le principal mode d'action est le largage d'immunoglobulines ou plus couramment appelées anticorps produites par des lymphocytes particuliers : les lymphocytes B.
2. le système immunitaire cellulaire : qui agit contre des cellules infectées grâce à l'action des autres lymphocytes : les lymphocytes T.

Utilité / Nécessité du système immunitaire

Le système immunitaire est le mécanisme de défense par excellence de tout être vivant. Il permet de garantir une intégrité dans le matériel génétique (les virus infecte leur ADN dans l'ADN hôte), de garantir une intégrité cellulaire (une cellule infectée est lysée, détruite pour préserver les cellules environnantes) et limiter la prolifération des intrus, donc rendre sain l'organisme. Du simple "bobo sur le genoux" aux grosses maladies infectieuses, le système immunitaire préserve le bon fonctionnement de l'individu.

Les maladies du système immunitaire

Malgré une apparente sophistication du système immunitaire, il apparaît parfois que ce système se "détraque".

Un problème "bénin" (dans une certaine mesure) du système immunitaire sont les allergies. Une allergie est le résultat d'une réponse immunitaire trop intense contre quelque-chose contre quoi l'organisme ne devrait pas se défendre. L'organisme réagit contre des poussières, du pollen, ou des aliments alors qu'il ne devrait pas.
Les petites réactions allergiques que nous connaissons tous ne sont pas graves mais une réaction immunitaire exacerbée peut provoquée un choc anaphylatique pouvant engager le pronostic vital. La réponse provoque le largage de molécules vaso-actives vasodilatatrices (qui dilatent les vaisseaux sanguins) et provoque à terme une chute brutale de la pression artérielle. Cette réaction est provoquée chez une personne hypersensible au 3ème contact avec l'allergène.

Un défaut du système immunitaires est catastrophique pour l'organisme qui ne peut plus se défendre contre ces attaques. C'est l'état dans lequel se trouvent des patients dits "immunodéficients", par exemple les malades atteints du VIH étant au stade SIDA ou Syndrome de l'ImmunoDéficience Acquise. Ces personnes sont donc très sensibles à des maladies opportunistes c'est-à-dire profitants de l'absence de système immunitaire.

Le système immunitaire peut aussi se retourner contre l'individu lui-même. C'est ce qu'on appelle les maladies auto_immunes, où le système immunitaire s'attaque aux propres cellules de l'organismes (sclérose en plaque, polyarthrite rhumatoïde...).

Utilisation de ce système en biologie

J'expose ici une utilisation particulièrement courante dans tout laboratoire d'analyse appelée "test par immunofluorescence". Ce test n'est pas le seul utilisant les caractéristiques du système immunitaire mais est très utile pour obtenir des tests simples et peu chères
Le but est d'avoir des anticorps dirigés contre un certain antigène, c'est-à-dire reconnaissant un certain type de molécules. On met alors en contact l'anticorps avec un fluide quelconque (sang, urine, lymphe...). Le plus souvent, on utilise un second anticorps appelé anticorps secondaire qui reconnaît le 1er anticorps ou anticorps primaire. Cela permet une amplification du signal (plusieurs Ac secondaire sur un seul Ac primaire).
L'anticorps secondaire est couplé, c'est-à-dire lié chimiquement à une protéines fluorescente.
Après rinçage, si une fluorescence est observée, cela indique que l'anticorps secondaire a reconnu un anticorps primaire lié à la molécule d'intérêt. Ainsi, la protéine que l'on cherche se trouve bien dans l'échantillon analysé.

Un autre test souvent utilisé aussi est appelé Elisa. La différence ici réside dans le fait qu'on ajoute le fluide sur l'anticorps primaire et qu'on ajoute à nouveau ce même anticorps. Le test Elisa bien connu est le test de grossesse, qui regarde si la protéine HCG est présente ou non dans les urines.

Et la prochaine fois...

Je vous propose pour la semaine prochaine de continuer sur le système immunitaire et de vous parler de la réponse immunitaire.
Que se passe-t-il exactement quand l'organisme est attaqué ? Qui réagit ? Qui fait quoi ?
Toutefois, si vous avez des idées, n'hésitez pas à m'en faire part...

Bonne lecture à tous !