Informations

Biologie cellulaire - Biologie


Biologie cellulaire

La théorie cellulaire est un principe de base en biologie qui a été formulé par Thodor Schwann, Matthias Schleiden et Rudolph Virchow.

Selon la théorie cellulaire :

  • Tous les êtres vivants (organismes) sont constitués de cellules
  • La cellule est l'unité de base de la vie
  • Les cellules vivantes proviennent de cellules existantes/vivantes

Récemment, la théorie a été modifiée pour inclure les idées suivantes :

  • Le flux d'énergie a lieu dans les cellules
  • Les informations sur l'hérédité passent d'une cellule à l'autre
  • Toutes les cellules ont la même composition chimique de base

Aperçu des éléments fondamentaux de la vie

Nos chercheurs en biologie cellulaire collaborent avec des biologistes moléculaires, structurels, génétiques, du développement et de l'évolution ainsi qu'avec des experts en génomique, génétique, virologie, maladies infectieuses, biologie computationnelle, pathologie et recherche clinique.

De nombreux scientifiques de Fred Hutch cherchent à mieux comprendre les structures cellulaires fondamentales. Les structures à l'intérieur des cellules influencent tout, du mouvement cellulaire individuel au métabolisme d'un organisme. Ils comprennent le cytosquelette, un réseau protéique interne dynamique qui donne aux cellules leur forme et leur capacité à se déplacer – une fonction clé que la propagation des cellules cancéreuses peut utiliser à leur avantage. Nos chercheurs étudient également comment les cellules emballent et organisent leur ADN, ce qui influence l'expression des gènes, et comment la forme de la membrane d'une cellule nerveuse affecte la communication entre les neurones.

Nos chercheurs étudient également les processus cellulaires fondamentaux que les cellules cancéreuses cooptent souvent. Par exemple, les cellules souches peuvent soit se renouveler, soit se transformer en cellules spécialisées. Les cellules cancéreuses peuvent souvent acquérir des propriétés « semblables à une tige » qui leur permettent de se développer sans entrave. Nos chercheurs étudient les cellules souches normales et cancéreuses, ainsi que les caractéristiques des organes à développement précoce que les tumeurs peuvent adopter. D'autres processus qu'ils étudient dans le contexte de la santé et de la maladie incluent la façon dont les cellules adhèrent et communiquent les unes avec les autres et comment elles construisent des protéines.


Membrane cellulaire

Les membrane cellulaire (également connu sous le nom de membrane plasma) est une barrière qui entoure une cellule, séparant son intérieur de l'environnement extérieur. Une membrane est une barrière sélective qui laisse passer certaines choses mais pas d'autres - pour cette raison, la membrane cellulaire est dite être sélectivement perméable. Cette perméabilité sélective est essentielle au fonctionnement de la cellule, permettant le maintien de l'homéostasie. Les grosses molécules comme les glucides ou les acides aminés ne sont pas capables de se déplacer passivement à travers la membrane cellulaire et nécessitent de l'énergie pour être activement transportées. Cela empêche les substances étrangères de pénétrer dans la membrane et d'endommager une cellule ou un organite. Les membranes cellulaires jouent également un rôle dans communication cellulaire, ainsi que la détection des signaux externes envoyés à la cellule.

Alors que la membrane cellulaire est essentielle pour contrôler le mouvement des substances à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, elle joue également un rôle important dans compartimenter la cellule. Les cellules procaryotes et eucaryotes sont entourées de membranes cellulaires, mais les eucaryotes possèdent également membranaires organites comme les mitochondries ou les lysosomes. Dans ces cas, la membrane cellulaire définit un espace séparé du reste de la cellule où se déroulent des processus spécifiques tels que la respiration cellulaire.

Structure membranaire

La membrane cellulaire est composée de protéines, de lipides et de glucides, la majorité de la membrane cellulaire étant constituée d'un bicouche phospholipidique (deux couches de phospholipides). Les protéines sont dispersées dans toute la membrane cellulaire, étant classées soit comme intégral (intégré à la membrane) ou périphérique (adhérant temporairement à la surface). Les protéines monotopes sont ancrées à la membrane d'un côté, tandis que les protéines polytopiques traversent l'intégralité de la membrane.

Lipides

Le principal lipide présent dans la membrane cellulaire est connu sous le nom de phospholipide, un type de lipide constitué d'un groupe phosphate et glycérol "tête" et deux acide gras "queues". La tête est hydrophile tandis que les queues sont hydrophobes, produisant des phospholipides composés amphipathiques (ayant à la fois des régions hydrophiles et hydrophobes). L'extérieur de la membrane est entouré de fluides polaires, de sorte que la tête hydrophile s'oriente vers l'extérieur. De ce fait, les "queues" hydrophobes s'orientent vers l'intérieur de la membrane. Les phospholipides sont maintenus ensemble par de faibles interactions entre les queues, permettant aux phospholipides individuels de se déplacer à l'intérieur de la membrane et permettant à la membrane d'être fluide et flexible.

Protéines

La fonction des protéines est de former des canaux dans les membranes qui permettent le passage de molécules spécifiques ou d'ions agissent comme des enzymes pour augmenter la vitesse des réactions cellulaires (et modifient les protéines dans le sang ou l'espace extracellulaire) agissent comme des récepteurs qui détectent la présence de molécules spécifiques ou ions dans l'environnement externe et interagissent avec des protéines dans d'autres membranes, générant des sites de fixation entre les membranes et les cellules

Protéines membranaires intégrales - exposé à l'intérieur ET à l'extérieur

  • Former des canaux (ou pores ou pompes), des récepteurs (qui reconnaissent et répondent aux hormones) ou des points d'adhésion
  • Peut également être des marqueurs de surface cellulaire, tels que des glycoprotéines qui ont des glucides qui agissent comme des étiquettes attachées au côté externe (ces étiquettes permettent aux cellules de se reconnaître et les virus utilisent les étiquettes comme « docks » pour entrer et infecter les cellules)
  • Peut traverser la membrane au moins une fois et la traverser plusieurs fois
  • Ils sont incrustés de façon permanente et ne peuvent être éliminés que par la dépense de grandes quantités d'énergie ou de digestions

Protéines membranaires périphériques - exposé d'un côté (intérieur OU extérieur) fournit un support structurel aux membranes

  • Participer à la transmission d'événements de signalisation cellulaire
  • Modifier la topologie des membranes dans la voie sécrétoire
  • Peut être des enzymes
  • Associer aux groupes de tête des phospholipides spécifiques ou des portions de protéines membranaires intégrales (d'où le nom "périphérique")

Contrairement aux protéines intégrales, l'association est impermanente - elles peuvent être facilement éliminées en modifiant la composition de la membrane ou la morphologie ou la charge de la protéine

Certaines protéines du feuillet externe forment des liaisons covalentes (à travers les acides aminés dans leurs extrémités C) avec les groupes de tête des phospholipides, ce sont les protéines qui agissent comme des enzymes.

Les glucides

Les glucides membranaires représentent environ 2 à 10 % de la masse de la membrane cellulaire. Ils sont confinés principalement à la surface non cytosolique de la surface extracellulaire des cellules. Ils sont liés de manière covalente aux protéines et aux lipides, formant respectivement des glycoprotéines/protéoglycanes et des glycolipides.

Cytosquelette

Le support structurel (maintien de la forme et prévention des dommages) pour la membrane cellulaire est fourni par le cytosquelette.

  • Se trouve directement sous la membrane cellulaire et est composé d'un « mesh » de filaments d'actine
  • Interagit avec les protéines membranaires intégrales en limitant la diffusion des protéines membranaires et en fournissant un cadre stable auquel les protéines membranaires se fixent
  • Empêche les dommages aux membranes lorsque des forces externes tirent ou poussent sur les protéines membranaires intégrales
  • Microtubules qui forment des structures uniques (ex : arrangement 9 + 2 pour les cils)

Fluidité membranaire

La membrane cellulaire suit le modèle de mosaïque fluide ou la Modèle Singer-Nicholson, la bicouche phospholipidique se comportant plus comme un fluide que comme un solide. Les lipides et les protéines peuvent se déplacer latéralement à l'intérieur de la bicouche, et le motif ("mosaïque") des lipides et des protéines change constamment. Cependant, d'autres modèles de membrane cellulaire ont été initialement développés avant d'être réfutés. Un ancien modèle connu sous le nom de modèle sandwich ou Modèle Davson-Danielli ont proposé que la bicouche phospholipidique était entourée de protéines, par opposition aux protéines intégrées dans la bicouche phospholipidique. Cependant, ce modèle présentait plusieurs limites : il ne tenait pas compte de la perméabilité sélective de la membrane et supposait que toutes les membranes avaient une épaisseur uniforme. D'autres expérimentations ont réfuté le modèle et ont conduit au développement du modèle de mosaïque fluide.

La fluidité de la membrane cellulaire est déterminée par une variété de facteurs, y compris la présence de queues d'acides gras insaturés et la présence de cholestérol. Les acides gras saturés peuvent être beaucoup plus denses car ils sont saturés d'hydrogène et ont donc des structures droites. Les acides gras insaturés ont des nœuds en raison de leurs doubles liaisons, ce qui entraîne une chaîne courbée qui peut s'entasser beaucoup moins densément. Le cholestérol est un stérol (alcool stéroïdien) qui s'accumule entre les phospholipides, réduisant la perméabilité de la membrane et augmentant sa rigidité. Les stéroïdes ont quatre anneaux de carbone rigides qui interagissent avec et stabilisent les queues d'acides gras des phospholipides. On l'appelle un régulateur bidirectionnel--à basse température, il augmente la fluidité en empêchant les acides gras de se rassembler et de cristalliser (liquide à solide) tandis qu'à haute température, il diminue la fluidité en immobilisant certains groupes dans la queue d'acide gras et en augmentant le point de fusion des queues.


Une nouvelle méthode de microscopie permet d'envisager l'avenir de la biologie cellulaire

Et si un microscope nous permettait d'explorer le microcosme 3D des vaisseaux sanguins, des nerfs et des cellules cancéreuses instantanément en réalité virtuelle ? Et s'il pouvait fournir des vues dans plusieurs directions en temps réel sans déplacer physiquement l'échantillon et fonctionnait jusqu'à 100 fois plus rapidement que la technologie actuelle ?

Des scientifiques de l'UT Southwestern ont collaboré avec des collègues en Angleterre et en Australie pour construire et tester un nouveau dispositif optique qui convertit les microscopes couramment utilisés en systèmes d'imagerie par projection multiangle. L'invention, décrite dans un article du Méthodes naturelles, pourrait ouvrir de nouvelles voies en microscopie avancée, selon les chercheurs.

« Il s'agit d'une technologie entièrement nouvelle, bien que les fondements théoriques de celle-ci puissent être trouvés dans l'ancienne littérature informatique », explique l'auteur correspondant Reto Fiolka, Ph.D. Lui et le co-auteur Kevin Dean, Ph.D., sont tous deux professeurs adjoints de biologie cellulaire et au département de bioinformatique Lyda Hill de l'UT Southwestern.

« C'est comme si vous teniez l'échantillon biologique avec votre main, que vous le faites pivoter et que vous l'inspectez, ce qui est un moyen incroyablement intuitif d'interagir avec un échantillon. En imageant rapidement l'échantillon sous deux angles différents, nous pouvons visualiser l'échantillon de manière interactive. en réalité virtuelle à la volée », explique Dean, directeur du UTSW Microscopy Innovation Laboratory, qui collabore avec des chercheurs de tout le campus pour développer des instruments personnalisés qui tirent parti des avancées de la microscopie optique.

Actuellement, l'acquisition d'informations d'image 3D à partir d'un microscope nécessite un processus gourmand en données, dans lequel des centaines d'images 2D de l'échantillon sont assemblées dans ce que l'on appelle une pile d'images. Pour visualiser les données, la pile d'images est ensuite chargée dans un logiciel graphique qui effectue des calculs pour former des projections bidimensionnelles à partir de différentes perspectives de visualisation sur un écran d'ordinateur, expliquent les chercheurs.

"Ces deux étapes nécessitent beaucoup de temps et peuvent nécessiter un ordinateur très puissant et coûteux pour interagir avec les données", explique Fiolka.

L'équipe s'est rendu compte qu'elle pouvait former des projections sous plusieurs angles par des moyens optiques, sans avoir à acquérir des piles d'images et à les restituer avec un ordinateur. Ceci est réalisé par une unité simple et économique composée de deux miroirs rotatifs qui est inséré devant la caméra du système de microscope.

"En conséquence, nous pouvons faire tout cela en temps réel, sans aucun retard notable. Étonnamment, nous pouvons regarder sous différents angles 'en direct' nos échantillons sans faire tourner les échantillons ou le microscope", explique Fiolka. "Nous pensons que cette invention peut représenter un nouveau paradigme pour l'acquisition d'informations 3D via un microscope à fluorescence."

Il promet également une imagerie incroyablement rapide. Alors qu'une pile entière d'images 3D peut nécessiter des centaines d'images de caméra, la nouvelle méthode ne nécessite qu'une seule exposition de caméra.

Initialement, les chercheurs ont développé le système avec deux microscopes à feuille de lumière communs qui nécessitent une étape de post-traitement pour donner un sens aux données. Cette étape est appelée désalignement et signifie essentiellement réorganiser les images individuelles pour supprimer certaines distorsions de la pile d'images 3D. Les scientifiques ont à l'origine cherché à effectuer ce redressement optiquement.

En expérimentant la méthode de redressement optique, ils se sont rendu compte que lorsqu'ils utilisaient une quantité incorrecte de "désalignement", l'image projetée semblait tourner.

"C'était le moment aha!. Nous avons réalisé que cela pourrait être plus important qu'une simple méthode de désalignement optique que le système pourrait également fonctionner pour d'autres types de microscopes", a déclaré Fiolka.

"Cette étude confirme que le concept est plus général", dit Dean. "Nous l'avons maintenant appliqué à divers microscopes, y compris la microscopie confocale à feuille de lumière et à disque rotatif."

À l'aide de la nouvelle méthode au microscope, ils ont imagé des ions calcium transportant des signaux entre les cellules nerveuses dans une boîte de culture et ont examiné le système vasculaire d'un embryon de poisson zèbre. Ils ont également rapidement imagé des cellules cancéreuses en mouvement et un cœur de poisson zèbre battant.


Cellule & Biologie Moléculaire

Le programme en biologie cellulaire et moléculaire comprend un large éventail d'opportunités de recherche dans les domaines de la biologie moléculaire et de la biologie cellulaire contemporaines, y compris la biologie du développement, la signalisation cellulaire, la régulation des gènes, l'apoptose, la biologie des systèmes, l'immunologie, la biologie du cancer, le métabolisme et la physiologie, la génétique et génomique et microbiologie. Diverses approches sont utilisées, notamment la génétique, la biochimie, la microscopie et la bioinformatique. Les questions scientifiques sont explorées à l'aide d'un certain nombre de systèmes modèles couvrant le spectre évolutif, notamment les humains, les souris, les rats, les oursins, les poissons zèbres, les grenouilles, les mouches des fruits, les anémones de mer, les plantes et les micro-organismes.

Les étudiants diplômés du programme cellulaire et moléculaire sont exposés à une formation dans une grande variété de domaines scientifiques. Des interactions scientifiques interdisciplinaires sont assurées par le programme d'études supérieures en biologie moléculaire, biologie cellulaire et biochimie, qui comprend également des professeurs des départements de génie biomédical, de chimie, de physique et des sciences de la santé. Les approches informatiques utilisées dans de nombreux laboratoires de recherche sont renforcées par leur affiliation avec le programme d'études supérieures en bioinformatique.

Faculté avec recherche connexe

Uwe Beffert , professeur assistant de recherche en biologie

maladie d'Alzheimer, apolipoprotéines, récepteurs lipoprotéiques, développement cérébral, migration neuronale, autisme, cytosquelette

Gary Benson , professeur agrégé de biologie et programme d'informatique en bioinformatique

développement d'algorithmes pour l'analyse de séquences d'ADN

Cynthia A. Bradham , professeur agrégé de biologie

biologie du développement formation des modèles embryonnaires biologie des systèmes

John L. Celenza, professeur agrégé de biologie Directeur, programme de biochimie & biologie moléculaire

développement des plantes, défense et métabolisme génétique, biochimie et biologie moléculaire

Christine Cheng , professeure adjointe adjointe de biologie

biologie des systèmes, unicellulaire, régulation épigénétique et transcriptionnelle, système immunitaire, bioinformatique, maladie d'Alzheimer, toxicomanie, diabète de type 2

Elizabeth Co , directrice de programme, professeure adjointe clinique de physiologie humaine, département des sciences de la santé

enseignement des sciences, immunologie humaine et reproduction

Geoffrey M. Cooper , professeur émérite de biologie

Andrew Emili , professeur de biologie et de biochimie Directeur, Center for Network Systems Biology

Biologie des systèmes, protéomique, génomique fonctionnelle, bioinformatique, réseaux d'interaction moléculaire, méthodes à haut débit, développement et maladie

John R. Finnerty , professeur agrégé de biologie

évolution du développement, génétique du développement, phylogénétique, génomique évolutive, zoologie des invertébrés conservation des coraux.

Ana Fiszbein , professeure adjointe de biologie

Régulation des gènes Systèmes de traitement de l'ARN biologie des programmes de co-transcription génomique computationnelle rôle de l'architecture des gènes dans le développement et le traitement du cancer

Horacio Frydman , professeur agrégé de biologie

interactions hôte-microbe aux niveaux moléculaire, cellulaire et organisme mécanismes de transmission bactérienne par l'infection de niche de cellules souches

Juan Fuxman Bass , professeur adjoint de biologie

régulation immunitaire, réseaux de régulation génique, biologie des systèmes, mutations pathologiques, inflammation, facteurs de transcription

Écologie & Conservation Biologie

Thomas Gilmore , professeur de biologie Directeur, programme de biologie moléculaire, biologie cellulaire & biochimie

biologie moléculaire, biologie cellulaire, transduction du signal, cancer, écologie moléculaire

Ulla Hansen , professeur émérite de biologie

cancer, cycle cellulaire, régulation de l'expression génique, signalisation cellulaire, prolifération, survie cellulaire, réseaux transcriptionnels

Michaelyn Hartmann , Maître de conférences en biologie

Enseignement des sciences, génétique, biologie cellulaire, biologie moléculaire

Angela Ho , professeur agrégé de biologie

Bases moléculaires et cellulaires de la fonction synaptique dans le développement neurologique et les maladies neurodégénératives

Sir Hans Kornberg , professeur d'université et professeur de biologie

la nature et la régulation du transport des glucides chez les micro-organismes

Joe Larkin , professeur adjoint de biologie et de physique

Communautés bactériennes, communication intercellulaire, électrophysiologie bactérienne

Edward L. Loechler , professeur de biologie

mécanismes de biologie moléculaire par lesquels les cancérogènes provoquent des mutations et le cancer

Hengye Man , professeur de biologie

Développement cérébral, morphogenèse des neurones, formation des synapses, plasticité synaptique, récepteur glutamate de type AMPA, ubiquitination et dégradation des protéines, autisme, déficience intellectuelle, maladie d'Alzheimer

Jeffrey Marlow , professeur adjoint de biologie

écologie microbienne, microbiologie environnementale, biologie du changement global, activité métabolique, géobiologie, astrobiologie

Kim McCall , professeur et titulaire de la chaire de biologie

Biologie du développement de la drosophile, mort cellulaire, ovogenèse

Francisco J. Naya , directeur des études supérieures Professeur agrégé de biologie Membre, Whitaker Cardiovascular Institute

Développement et maladie cardiaques, régénération musculaire, dystrophie musculaire, biologie du développement de la souris, régulation génique

Katya Ravid , professeur de médecine, biochimie, biologie et directeur des sciences de la santé, Evans Center IBR et BU Interdisciplinaire Biomedical Research Office

Cellules souches sanguines et cancer du sang Thrombose et signalisation des purines Biologie vasculaire

Shelley J. Russek, professeur de pharmacologie &, thérapeutique expérimentale et biologie directrice du programme d'études supérieures en neurosciences

Neuropharmacologie, Épilepsie, Régulation génique des circuits neuronaux

Daniel Segrè , professeur de biologie, bioinformatique et génie biomédical

biologie des systèmes, évolution des réseaux biochimiques, génomique, ingénierie métabolique, écologie microbienne

Trevor W. Siggers , professeur agrégé de biologie Directeur des études de maîtrise

biologie systémique des systèmes immunitaire et inflammatoire, régulation génique dans les systèmes immunitaire et inflammatoire, maladies inflammatoires, réseaux transcriptionnels, liaison à l'ADN de facteurs de transcription et de complexes de régulation transcriptionnelle, génomique computationnelle, logique cis-régulatrice en transcription

Kathryn Spilios , Directrice des laboratoires d'enseignement Directrice du programme d'assistant d'apprentissage Maître de conférences en biologie

Enseignement des sciences, entomologie

Dean R. Tolan , professeur de biologie Directeur des études de premier cycle

biochimie, enzymologie, génétique moléculaire et humaine des enzymes dans le métabolisme du sucre

John Tullai , Maître de conférences en neurosciences et biologie

survie cellulaire médiée par un facteur de croissance, biologie du cancer, cartographie des réseaux de transcription, régulation génique, neurosciences, endocrinologie, neuroendocrinologie, physiologie, cancérogenèse, biologie cellulaire, biologie moléculaire, régulation de la transcription

David J. Waxman , professeur de biologie, médecine et programme de génie biomédical en bioinformatique

Mécanismes génomiques et épigénétiques contrôlant l'expression des gènes du foie endocrinologie moléculaire et signalisation cellulaire par le biais de réseaux transcriptionnels rôle de l'angiogenèse et du système immunitaire inné dans le traitement du cancer et la pharmacologie récepteurs nucléaires et réponses aux produits chimiques environnementaux

Recherche

Faculté en vedette

Eric Widmaier

Recherche Nous nous intéressons aux mécanismes moléculaires et comportementaux qui entraînent l'obésité ou la prise de poids chez les mammifères. À [&hellip]

Étudiant en vedette

Johan Martinez-Fuentes

Recherche actuelle : Je m'intéresse à l'utilisation de la génétique de la souris et des biocapteurs moléculaires pour étudier la dynamique en temps réel de la signalisation et [&hellip]


Cycle cellulaire

Le cycle cellulaire comporte deux phases principales : l'interphase, la phase entre les événements mitotiques, et la phase mitotique, où la cellule mère se divise en deux cellules filles génétiquement identiques. L'interphase comporte trois étapes distinctes et successives. Au cours de la première étape appelée G1, les cellules surveillent leur environnement et, lorsque les signaux requis sont reçus, les cellules synthétisent de l'ARN et des protéines pour induire la croissance. Lorsque les conditions sont réunies, les cellules entrent dans le stade S du cycle cellulaire et s'engagent dans la synthèse d'ADN et répliquent leur ADN chromosomique. Enfin, en phase G2, les cellules continuent de croître et se préparent à la mitose.


Voir la vidéo: Biologie cellulaire s1: introduction شرح بالدارجة (Janvier 2022).