DIFFÉRENCIATION CELLULAIRE: CHEZ LES ANIMAUX ET LES PLANTES - LA BIOLOGIE - 2025

La différenciation cellulaire est le phénomène graduel par lequel les cellules multipotentielles d'organismes atteignent certaines caractéristiques spécifiques. Cela se produit pendant le processus de développement et les changements physiques et fonctionnels sont évidents. Conceptuellement, la différenciation se produit en trois étapes: la détermination, la différenciation elle-même et la maturation.

Ces trois processus mentionnés se produisent en permanence dans les organismes. Dans la première étape de la détermination, les cellules multipotentielles de l'embryon sont affectées à un type de cellule défini; par exemple, une cellule nerveuse ou une cellule musculaire. Dans la différenciation, les cellules commencent à exprimer les caractéristiques de la lignée.

Enfin, la maturation se produit dans les dernières étapes du processus, où de nouvelles propriétés sont acquises qui se traduisent par l'apparition de caractéristiques chez les organismes matures.

La différenciation cellulaire est un processus régulé de manière très stricte et précise par une série de signaux comprenant des hormones, des vitamines, des facteurs spécifiques et même des ions. Ces molécules indiquent l'initiation de voies de signalisation dans la cellule.

Des conflits peuvent survenir entre les processus de division et de différenciation cellulaires; par conséquent, le développement atteint un point où la prolifération doit cesser de permettre la différenciation.

Caractéristiques générales

Le processus de différenciation cellulaire implique le changement de forme, de structure et de fonction d'une cellule dans une lignée donnée. De plus, cela implique la réduction de toutes les fonctions potentielles qu'une cellule peut avoir.

Le changement est régi par des molécules clés, entre ces protéines et des ARN messagers spécifiques. La différenciation cellulaire est le produit de l'expression contrôlée et différentielle de certains gènes.

Le processus de différenciation n'implique pas la perte des gènes initiaux; ce qui se passe, c'est une répression en des endroits particuliers de la machinerie génétique dans la cellule qui subit le processus de développement. Une cellule contient environ 30 000 gènes, mais elle n'exprime qu'environ 8 000 à 10 000.

Pour illustrer l'affirmation précédente, l'expérience suivante a été proposée: le noyau d'une cellule déjà différenciée du corps d'un amphibien -par exemple, une cellule de la muqueuse intestinale- est prélevé et implanté dans l'ovule d'une grenouille dont le noyau a été préalablement extrait.

Le nouveau noyau possède toutes les informations nécessaires pour créer un nouvel organisme en parfait état; c'est-à-dire que les cellules de la muqueuse intestinale n'avaient perdu aucun gène lors du processus de différenciation.

Différenciation cellulaire chez les animaux

Le développement commence par la fertilisation. Lorsque la formation de morula se produit dans les processus de développement de l'embryon, les cellules sont considérées comme totipotentes, ce qui indique qu'elles sont capables de former l'ensemble d'un organisme.

Au fil du temps, la morula devient une blastula et les cellules sont maintenant appelées pluripotentes car elles peuvent former les tissus du corps. Ils ne peuvent pas former l'organisme complet car ils ne sont pas capables de donner naissance aux tissus extra-embryonnaires.

Histologiquement, les tissus fondamentaux d'un organisme sont l'épithélial, le conjonctif, le musculaire et le nerveux.

Au fur et à mesure que les cellules progressent, elles sont multipotentes, car elles se différencient en cellules matures et fonctionnelles.

Chez les animaux - en particulier chez les métazoaires - il existe une voie commune de développement génétique qui unifie l'ontogénie du groupe grâce à une série de gènes qui définissent le modèle spécifique des structures corporelles, contrôlant l'identité des segments dans l'axe antéropostérieur. de l'animal.

Ces gènes codent pour des protéines particulières qui partagent une séquence d'acides aminés se liant à l'ADN (homéoboxe dans le gène, homodomaine dans la protéine).

Activer et désactiver les gènes

L'ADN peut être modifié par des agents chimiques ou par des mécanismes cellulaires qui affectent - induisent ou répriment - l'expression des gènes.

Il existe deux types de chromatine, classés selon leur expression ou non: l'euchromatine et l'hétérochromatine. Le premier est vaguement organisé et ses gènes sont exprimés, le second a une organisation compacte et empêche l'accès à la machinerie de transcription.

Il a été proposé que, dans les processus de différenciation cellulaire, les gènes qui ne sont pas nécessaires pour cette lignée spécifique soient réduits au silence sous la forme de domaines constitués d'hétérochromatine.

Mécanismes qui produisent différents types de cellules

Dans les organismes multicellulaires, il existe une série de mécanismes qui produisent différents types de cellules dans les processus de développement, tels que la sécrétion de facteurs cytoplasmiques et la communication cellulaire.

La ségrégation des facteurs cytoplasmiques implique la séparation inégale d'éléments tels que les protéines ou l'ARN messager dans les processus de division cellulaire.

D'autre part, la communication cellulaire entre les cellules voisines peut stimuler la différenciation de divers types de cellules.

Ce processus se produit dans la formation de vésicules ophtalmiques lorsqu'elles rencontrent l'ectoderme de la région céphalique et provoquent l'épaississement qui forme les plaques de lentilles. Ceux-ci se replient vers la région intérieure et forment la lentille.

Modèle de différenciation cellulaire: tissu musculaire

L'un des modèles les mieux décrits dans la littérature est le développement du tissu musculaire. Ce tissu est complexe et est composé de cellules à noyaux multiples dont la fonction est de se contracter.

Les cellules mésenchymateuses donnent naissance à des cellules myogéniques, qui à leur tour donnent naissance à un tissu musculaire squelettique mature.

Pour que ce processus de différenciation commence, certains facteurs de différenciation doivent être présents qui empêchent la phase S du cycle cellulaire et qui agissent comme des stimulants des gènes qui provoquent le changement.

Lorsque ces cellules reçoivent le signal, elles initient la transformation vers des myoblastes qui ne peuvent pas subir de processus de division cellulaire. Les myoblastes expriment des gènes liés à la contraction musculaire, tels que ceux codant pour les protéines actine et myosine.

Les myoblastes peuvent fusionner les uns avec les autres et former un myotube avec plus d'un noyau. A ce stade, la production d'autres protéines liées à la contraction se produit, comme la troponine et la tropomyosine.

Lorsque les noyaux se déplacent vers la partie périphérique de ces structures, ils sont considérés comme une fibre musculaire.

Comme décrit, ces cellules ont des protéines liées à la contraction musculaire, mais manquent d'autres protéines telles que la kératine ou l'hémoglobine.

Gènes maîtres

L'expression différentielle dans les gènes est sous le contrôle de «gènes maîtres». Ceux-ci se trouvent dans le noyau et activent la transcription d'autres gènes. Comme leur nom l'indique, ce sont des facteurs clés qui sont responsables du contrôle des autres gènes en dirigeant leurs fonctions.

Dans le cas de la différenciation musculaire, les gènes spécifiques sont ceux qui codent pour chacune des protéines impliquées dans la contraction musculaire, et les gènes maîtres sont MyoD et Myf5.

Lorsque les gènes maîtres régulateurs manquent, les gènes subalternes ne sont pas exprimés. En revanche, lorsque le gène maître est présent, l'expression des gènes cibles est forcée.

Il existe des gènes maîtres qui dirigent la différenciation des neurones, épithéliaux, cardiaques, entre autres.

Différenciation cellulaire chez les plantes

Comme chez les animaux, le développement des plantes commence par la formation d'un zygote à l'intérieur de la graine. Lorsque la première division cellulaire se produit, deux cellules différentes apparaissent.

L'une des caractéristiques du développement des plantes est la croissance continue de l'organisme grâce à la présence continue de cellules à caractère embryonnaire. Ces régions sont appelées méristèmes et sont des organes de croissance perpétuelle.

Les voies de différenciation donnent naissance aux trois systèmes tissulaires présents dans les plantes: le protoderme qui comprend les tissus dermiques, les méristèmes fondamentaux et le prochange.

Prochange est responsable de la création du tissu vasculaire dans la plante, formé par le xylème (transporteur d'eau et de sels dissous) et le phloème (transporteur de sucres et d'autres molécules telles que les acides aminés).

Méristèmes

Les méristèmes sont situés à l'extrémité des tiges et des racines. Ainsi, ces cellules se différencient et donnent naissance aux différentes structures qui composent les plantes (feuilles, fleurs, entre autres).

La différenciation cellulaire des structures de la flore se produit à un certain stade du développement et le méristème devient une «inflorescence» qui, à son tour, forme les méristèmes floraux. De là naissent les pièces florales composées de sépales, pétales, étamines et carpelles.

Ces cellules sont caractérisées par une petite taille, une forme cuboïdale, une paroi cellulaire mince mais flexible et un cytoplasme à haute densité et de nombreux ribosomes.

Rôle des auxines

Les phytohormones ont un rôle dans les phénomènes de différenciation cellulaire, en particulier les auxines.

Cette hormone influence la différenciation du tissu vasculaire dans la tige. Des expériences ont montré que l'application d'auxines sur une plaie conduit à la formation de tissu vasculaire.

De même, les auxines sont liées à la stimulation du développement des cellules vasculaires de cambium.

Différences entre les animaux et les plantes

Le processus de différenciation et de développement cellulaire chez les plantes et les animaux ne se produit pas de manière identique.

Les mouvements cellulaires et tissulaires doivent se produire chez les animaux pour que les organismes acquièrent une conformation tridimensionnelle qui les caractérise. De plus, la diversité cellulaire est beaucoup plus élevée chez les animaux.

En revanche, les plantes n'ont pas de périodes de croissance uniquement aux premiers stades de la vie de l'individu; ils peuvent augmenter en taille tout au long de la vie de la plante.

Références

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