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10.3 : Division cellulaire - Biologie

10.3 : Division cellulaire - Biologie



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Le cycle cellulaire

Figure (PageIndex{1}) : le cycle cellulaire. Les cellules passent la plupart de leur temps en interphase. Si la cellule se spécialise pour un travail particulier, elle entrera G0. Si la cellule va se diviser, elle entre dans G1 (espace 1) au cours de laquelle la cellule réplique les organites et le contenu cytoplasmique. Pendant la phase S (synthèse), l'ADN est répliqué. En G2, la cellule vérifie qu'elle est prête à se diviser. M est ce diagramme représente la division cellulaire. Ici, la mitose est montrée, résultant en deux cellules filles. Un deuxième type de division, la méiose, n'est pas représenté ici mais suit la même progression générale. Diagramme par Histidine, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.


10.5 Division des cellules procaryotes

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Décrire le processus de fission binaire chez les procaryotes
  • Expliquer comment les protéines FtsZ et tubuline sont des exemples d'homologie

Les procaryotes, comme les bactéries, produisent des cellules filles par fission binaire. Pour les organismes unicellulaires, la division cellulaire est la seule méthode pour produire de nouveaux individus. Dans les cellules procaryotes et eucaryotes, le résultat de la reproduction cellulaire est une paire de cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère. Dans les organismes unicellulaires, les cellules filles sont des individus.

Pour obtenir le résultat de la progéniture clonée, certaines étapes sont essentielles. L'ADN génomique doit être répliqué puis alloué aux cellules filles, le contenu cytoplasmique doit également être divisé pour donner aux deux nouvelles cellules la machinerie cellulaire nécessaire pour maintenir la vie. Comme nous l'avons vu avec les cellules bactériennes, le génome est constitué d'un seul chromosome d'ADN circulaire, par conséquent, le processus de division cellulaire est simplifié. La caryocinèse n'est pas nécessaire car il n'y a pas de véritable noyau et donc pas besoin de diriger une copie des multiples chromosomes dans chaque cellule fille. Ce type de division cellulaire est appelé fission binaire (procaryote).

Fission binaire

En raison de la relative simplicité des procaryotes, le processus de division cellulaire est un processus moins compliqué et beaucoup plus rapide que la division cellulaire chez les eucaryotes. Pour passer en revue les informations générales sur la division cellulaire dont nous avons discuté au début de ce chapitre, rappelons que le seul chromosome d'ADN circulaire des bactéries occupe un emplacement spécifique, la région nucléoïde, dans la cellule (Figure 10.2). Bien que l'ADN du nucléoïde soit associé à des protéines qui aident à emballer la molécule dans une taille compacte, il n'y a pas de protéines histones et donc pas de nucléosomes chez les procaryotes. Les protéines d'emballage des bactéries sont cependant liées aux protéines de cohésine et de condensine impliquées dans la compaction chromosomique des eucaryotes.

Le chromosome bactérien est attaché à la membrane plasmique à peu près au milieu de la cellule. Le point de départ de la réplication, l'origine , est proche du site de liaison du chromosome à la membrane plasmique (Figure 10.15). La réplication de l'ADN est bidirectionnelle, s'éloignant de l'origine sur les deux brins de la boucle simultanément. Au fur et à mesure que les nouveaux doubles brins sont formés, chaque point d'origine s'éloigne de la fixation de la paroi cellulaire vers les extrémités opposées de la cellule. Au fur et à mesure que la cellule s'allonge, la membrane en croissance facilite le transport des chromosomes. Une fois que les chromosomes ont franchi le point médian de la cellule allongée, la séparation cytoplasmique commence. La formation d'un anneau composé d'unités répétitives d'une protéine appelée FtsZ (abréviation de « filamenting temperature-sensible mutant Z ») dirige la partition entre les nucléoïdes. La formation de l'anneau FtsZ déclenche l'accumulation d'autres protéines qui travaillent ensemble pour recruter de nouveaux matériaux de membrane et de paroi cellulaire sur le site. Un septum se forme entre les nucléoïdes filles, s'étendant progressivement de la périphérie vers le centre de la cellule. Lorsque les nouvelles parois cellulaires sont en place, les cellules filles se séparent.

Connexion Évolution

Appareil à broche mitotique

Le moment précis et la formation du fuseau mitotique sont essentiels au succès de la division cellulaire eucaryote. Les cellules procaryotes, en revanche, ne subissent pas de caryocinèse et n'ont donc pas besoin de fuseau mitotique. Cependant, la protéine FtsZ qui joue un rôle vital dans la cytokinèse procaryote est structurellement et fonctionnellement très similaire à la tubuline, la pierre angulaire des microtubules qui constituent les fibres du fuseau mitotique nécessaires à la division nucléaire eucaryote. Les protéines FtsZ peuvent former des filaments, des anneaux et d'autres structures tridimensionnelles qui ressemblent à la façon dont la tubuline forme des microtubules, des centrioles et divers composants du cytosquelette. De plus, le FtsZ et la tubuline utilisent la même source d'énergie, le GTP (guanosine triphosphate), pour assembler et désassembler rapidement des structures complexes.

FtsZ et la tubuline sont considérés comme des structures homologues dérivées d'origines évolutives communes. Dans cet exemple, FtsZ est la protéine ancêtre de la tubuline (une protéine dérivée de l'évolution). Alors que les deux protéines se trouvent dans des organismes existants, la fonction de la tubuline a évolué et s'est considérablement diversifiée depuis son évolution à partir de son origine procaryote FtsZ. Une étude des composants de l'assemblage mitotique trouvés chez les eucaryotes unicellulaires actuels révèle des étapes intermédiaires cruciales vers les génomes complexes enfermés dans la membrane des eucaryotes multicellulaires (tableau 10.3).


10.3 Génomique et protéomique

L'étude des acides nucléiques a commencé avec la découverte de l'ADN, a progressé vers l'étude des gènes et des petits fragments, et a maintenant explosé dans le domaine de la génomique. La génomique est l'étude de génomes entiers, y compris l'ensemble complet de gènes, leur séquence et leur organisation nucléotidiques, et leurs interactions au sein d'une espèce et avec d'autres espèces. Les progrès de la génomique ont été rendus possibles par la technologie de séquençage de l'ADN. Tout comme la technologie de l'information a conduit à Google Maps qui nous permet d'obtenir des informations détaillées sur les emplacements dans le monde, les informations génomiques sont utilisées pour créer des cartes similaires de l'ADN de différents organismes.

Cartographier les génomes

La cartographie du génome est le processus consistant à trouver l'emplacement des gènes sur chaque chromosome. Les cartes qui sont créées sont comparables aux cartes que nous utilisons pour naviguer dans les rues. Une carte génétique est une illustration qui répertorie les gènes et leur emplacement sur un chromosome. Les cartes génétiques fournissent une vue d'ensemble (semblable à une carte des autoroutes interétatiques) et utilisent des marqueurs génétiques (semblables aux points de repère). Un marqueur génétique est un gène ou une séquence sur un chromosome qui montre une liaison génétique avec un trait d'intérêt. Le marqueur génétique a tendance à être hérité avec le gène d'intérêt, et une mesure de la distance entre eux est la fréquence de recombinaison pendant la méiose. Les premiers généticiens ont appelé cette analyse de liaison.

Les cartes physiques entrent dans les détails intimes de régions plus petites des chromosomes (semblables à une carte routière détaillée) (Figure 10.11). Une carte physique est une représentation de la distance physique, en nucléotides, entre des gènes ou des marqueurs génétiques. Des cartes de liaison génétique et des cartes physiques sont nécessaires pour construire une image complète du génome. Le fait d'avoir une carte complète du génome permet aux chercheurs d'étudier plus facilement des gènes individuels. Les cartes du génome humain aident les chercheurs dans leurs efforts pour identifier les gènes responsables de maladies humaines liées à des maladies telles que le cancer, les maladies cardiaques et la mucoviscidose, pour n'en nommer que quelques-uns. En outre, la cartographie du génome peut être utilisée pour aider à identifier les organismes dotés de caractéristiques bénéfiques, tels que les microbes capables de nettoyer les polluants ou même de prévenir la pollution. La recherche impliquant la cartographie du génome des plantes peut conduire à des méthodes qui produisent des rendements agricoles plus élevés ou au développement de plantes qui s'adaptent mieux au changement climatique.

Les cartes génétiques fournissent le contour et les cartes physiques fournissent les détails. Il est facile de comprendre pourquoi les deux types de techniques de cartographie du génome sont importants pour avoir une vue d'ensemble. Les informations obtenues à partir de chaque technique sont utilisées en combinaison pour étudier le génome. La cartographie génomique est utilisée avec différents organismes modèles utilisés pour la recherche. La cartographie du génome est toujours un processus en cours, et à mesure que des techniques plus avancées sont développées, d'autres avancées sont attendues. La cartographie du génome est similaire à la réalisation d'un puzzle compliqué en utilisant toutes les données disponibles. Les informations cartographiques générées dans les laboratoires du monde entier sont entrées dans des bases de données centrales, telles que le National Center for Biotechnology Information (NCBI). Des efforts sont faits pour rendre l'information plus facilement accessible aux chercheurs et au grand public. Tout comme nous utilisons des systèmes de positionnement global au lieu de cartes papier pour naviguer sur les routes, NCBI nous permet d'utiliser un outil de visualisation du génome pour simplifier le processus d'exploration de données.

Concepts en action

L'héritage mendélien en ligne chez l'homme (OMIM) est un catalogue en ligne consultable de gènes humains et de troubles génétiques. Ce site Web présente la cartographie du génome et détaille également l'histoire et la recherche de chaque trait et trouble. Cliquez sur le lien pour rechercher des caractéristiques (telles que la gaucherie) et des troubles génétiques (tels que le diabète).

Séquençage du génome entier

Bien qu'il y ait eu des progrès significatifs dans les sciences médicales ces dernières années, les médecins sont toujours déconcertés par de nombreuses maladies et les chercheurs utilisent le séquençage du génome entier pour aller au fond du problème. Le séquençage du génome entier est un processus qui détermine la séquence d'ADN d'un génome entier. Le séquençage du génome entier est une approche par force brute pour résoudre des problèmes lorsqu'il existe une base génétique au cœur d'une maladie. Plusieurs laboratoires offrent maintenant des services pour séquencer, analyser et interpréter des génomes entiers.

En 2010, le séquençage du génome entier a été utilisé pour sauver un jeune garçon dont les intestins présentaient de multiples abcès mystérieux. L'enfant a subi plusieurs opérations du côlon sans soulagement. Enfin, une séquence entière du génome a révélé un défaut dans une voie qui contrôle l'apoptose (mort cellulaire programmée). Une greffe de moelle osseuse a été utilisée pour surmonter ce trouble génétique, conduisant à un remède pour le garçon. Il a été la première personne à être diagnostiquée avec succès en utilisant le séquençage du génome entier.

Les premiers génomes à séquencer, comme ceux appartenant aux virus, bactéries et levures, étaient plus petits en nombre de nucléotides que les génomes des organismes multicellulaires. Les génomes d'autres organismes modèles, comme la souris (Mus musculus), la mouche des fruits (Drosophila melanogaster), et le nématode (Caenorhabditis elegans) sont désormais connus. Une grande partie de la recherche fondamentale est effectuée dans des organismes modèles parce que l'information peut être appliquée à d'autres organismes. Un organisme modèle est une espèce étudiée en tant que modèle pour comprendre les processus biologiques d'autres espèces pouvant être représentés par l'organisme modèle. Par exemple, les mouches des fruits sont capables de métaboliser l'alcool comme les humains, de sorte que les gènes affectant la sensibilité à l'alcool ont été étudiés chez les mouches des fruits dans le but de comprendre la variation de la sensibilité à l'alcool chez les humains. Le séquençage de génomes entiers facilite les efforts de recherche dans ces organismes modèles (figure 10.12).

La première séquence du génome humain a été publiée en 2003. Le nombre de génomes entiers qui ont été séquencés augmente régulièrement et comprend désormais des centaines d'espèces et des milliers de génomes humains individuels.

Application de la génomique

L'introduction de projets de séquençage d'ADN et de séquençage du génome entier, en particulier le projet du génome humain, a élargi l'applicabilité de l'information sur les séquences d'ADN. La génomique est maintenant utilisée dans une grande variété de domaines, tels que la métagénomique, la pharmacogénomique et la génomique mitochondriale. L'application la plus connue de la génomique est de comprendre et de trouver des remèdes aux maladies.

Prédire le risque de maladie au niveau individuel

Prédire le risque de maladie implique le dépistage et l'identification des individus actuellement en bonne santé par l'analyse du génome au niveau individuel. Une intervention avec des changements de mode de vie et des médicaments peut être recommandée avant l'apparition de la maladie. Cependant, cette approche est plus applicable lorsque le problème provient d'une seule mutation génétique. Ces défauts ne représentent qu'environ 5 pour cent des maladies trouvées dans les pays développés. La plupart des maladies courantes, telles que les maladies cardiaques, sont multifactorielles ou polygéniques, ce qui fait référence à une caractéristique phénotypique déterminée par deux gènes ou plus, ainsi que par des facteurs environnementaux tels que l'alimentation. En avril 2010, des scientifiques de l'Université de Stanford ont publié l'analyse du génome d'un individu en bonne santé (Stephen Quake, un scientifique de l'Université de Stanford, qui a fait séquencer son génome). L'analyse a prédit sa propension à contracter diverses maladies. Une évaluation des risques a été effectuée pour analyser le pourcentage de risque de Quake pour 55 conditions médicales différentes. Une mutation génétique rare a été trouvée qui a montré qu'il était à risque de crise cardiaque soudaine. Il était également prédit qu'il aurait un risque de 23% de développer un cancer de la prostate et un risque de 1,4% de développer la maladie d'Alzheimer. Les scientifiques ont utilisé des bases de données et plusieurs publications pour analyser les données génomiques. Même si le séquençage génomique devient de plus en plus abordable et que les outils analytiques deviennent plus fiables, les questions éthiques entourant l'analyse génomique au niveau de la population restent à résoudre. Par exemple, ces données pourraient-elles être légitimement utilisées pour facturer plus ou moins l'assurance ou pour affecter les cotes de crédit ?

Études d'associations pangénomiques

Depuis 2005, il est possible de mener un type d'étude appelé étude d'association à l'échelle du génome, ou GWAS. Un GWAS est une méthode qui identifie les différences entre les individus dans les polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) qui peuvent être impliqués dans l'apparition de maladies. La méthode est particulièrement adaptée aux maladies qui peuvent être affectées par un ou plusieurs changements génétiques dans l'ensemble du génome. Il est très difficile d'identifier les gènes impliqués dans une telle maladie en utilisant les informations sur les antécédents familiaux. La méthode GWAS s'appuie sur une base de données génétiques en développement depuis 2002 appelée International HapMap Project. Le projet HapMap a séquencé les génomes de plusieurs centaines d'individus du monde entier et identifié des groupes de SNP. Les groupes comprennent des SNP situés à proximité les uns des autres sur les chromosomes, de sorte qu'ils ont tendance à rester ensemble par recombinaison. Le fait que le groupe reste ensemble signifie que l'identification d'un marqueur SNP est tout ce qui est nécessaire pour identifier tous les SNP du groupe. Il existe plusieurs millions de SNP identifiés, mais les identifier chez d'autres individus n'ayant pas fait séquencer leur génome complet est beaucoup plus facile car seuls les SNP marqueurs doivent être identifiés.

Dans une conception commune pour un GWAS, deux groupes d'individus sont choisis, l'un est atteint de la maladie et l'autre non. Les individus de chaque groupe sont appariés dans d'autres caractéristiques pour réduire l'effet des variables confusionnelles causant des différences entre les deux groupes. Par exemple, les génotypes peuvent différer car les deux groupes proviennent pour la plupart de différentes parties du monde. Une fois les individus choisis, et généralement leur nombre est de mille ou plus pour que l'étude fonctionne, des échantillons de leur ADN sont obtenus. L'ADN est analysé à l'aide de systèmes automatisés pour identifier de grandes différences dans le pourcentage de SNP particuliers entre les deux groupes. Souvent, l'étude examine un million ou plus de SNP dans l'ADN. Les résultats de GWAS peuvent être utilisés de deux manières : les différences génétiques peuvent être utilisées comme marqueurs de susceptibilité à la maladie chez les individus non diagnostiqués, et les gènes particuliers identifiés peuvent être des cibles pour la recherche sur la voie moléculaire de la maladie et les thérapies potentielles. Une émanation de la découverte des associations de gènes avec la maladie a été la formation d'entreprises qui fournissent ce qu'on appelle la « génomique personnelle » qui identifiera les niveaux de risque pour diverses maladies sur la base du complément SNP d'un individu. La science derrière ces services est controversée.

Étant donné que GWAS recherche des associations entre les gènes et la maladie, ces études fournissent des données pour d'autres recherches sur les causes, plutôt que de répondre elles-mêmes à des questions spécifiques. Une association entre une différence génétique et une maladie ne signifie pas nécessairement qu'il existe une relation de cause à effet. Cependant, certaines études ont fourni des informations utiles sur les causes génétiques des maladies. Par exemple, trois études différentes en 2005 ont identifié un gène pour une protéine impliquée dans la régulation de l'inflammation dans le corps qui est associée à une cécité causant une maladie appelée dégénérescence maculaire liée à l'âge. Cela a ouvert de nouvelles possibilités de recherche sur la cause de cette maladie. Un grand nombre de gènes ont été identifiés comme étant associés à la maladie de Crohn à l'aide de GWAS, et certains d'entre eux ont suggéré de nouveaux mécanismes hypothétiques pour la cause de la maladie.

Pharmacogénomique

La pharmacogénomique consiste à évaluer l'efficacité et l'innocuité des médicaments sur la base d'informations provenant de la séquence génomique d'un individu. Les informations personnelles sur la séquence du génome peuvent être utilisées pour prescrire des médicaments qui seront les plus efficaces et les moins toxiques en fonction du génotype du patient. L'étude des changements dans l'expression des gènes pourrait fournir des informations sur le profil de transcription des gènes en présence du médicament, qui peuvent être utilisées comme un indicateur précoce du potentiel d'effets toxiques. Par exemple, des gènes impliqués dans la croissance cellulaire et la mort cellulaire contrôlée, lorsqu'ils sont perturbés, pourraient conduire à la croissance de cellules cancéreuses. Des études à l'échelle du génome peuvent également aider à trouver de nouveaux gènes impliqués dans la toxicité des médicaments. Les signatures génétiques peuvent ne pas être complètement exactes, mais peuvent être testées plus avant avant que des symptômes pathologiques n'apparaissent.

Métagénomique

Traditionnellement, la microbiologie a été enseignée avec l'idée que les micro-organismes sont mieux étudiés dans des conditions de culture pure, ce qui implique d'isoler un seul type de cellule et de le cultiver en laboratoire. Comme les micro-organismes peuvent traverser plusieurs générations en quelques heures, leurs profils d'expression génique s'adaptent très rapidement au nouvel environnement de laboratoire. D'un autre côté, de nombreuses espèces résistent à l'isolement. La plupart des micro-organismes ne vivent pas comme des entités isolées, mais dans des communautés microbiennes connues sous le nom de biofilms. Pour toutes ces raisons, la culture pure n'est pas toujours la meilleure façon d'étudier les micro-organismes. La métagénomique est l'étude des génomes collectifs de plusieurs espèces qui se développent et interagissent dans une niche environnementale. La métagénomique permet d'identifier plus rapidement de nouvelles espèces et d'analyser l'effet des polluants sur l'environnement (figure 10.13). Les techniques de métagénomique peuvent désormais également être appliquées aux communautés d'eucaryotes supérieurs, tels que les poissons.

Création de nouveaux biocarburants

La connaissance de la génomique des micro-organismes est utilisée pour trouver de meilleures façons d'exploiter les biocarburants à partir d'algues et de cyanobactéries. Les principales sources de carburant aujourd'hui sont le charbon, le pétrole, le bois et d'autres produits végétaux tels que l'éthanol. Bien que les plantes soient des ressources renouvelables, il est toujours nécessaire de trouver des sources d'énergie renouvelables alternatives pour répondre aux besoins énergétiques de notre population. Le monde microbien est l'une des plus grandes ressources de gènes qui codent de nouvelles enzymes et produisent de nouveaux composés organiques, et il reste largement inexploité. Cette vaste ressource génétique a le potentiel de fournir de nouvelles sources de biocarburants (Figure 10.14).

Génomique mitochondriale

Les mitochondries sont des organites intracellulaires qui contiennent leur propre ADN. L'ADN mitochondrial mute à un rythme rapide et est souvent utilisé pour étudier les relations évolutives. Une autre caractéristique qui rend l'étude du génome mitochondrial intéressante est que dans la plupart des organismes multicellulaires, l'ADN mitochondrial est transmis par la mère au cours du processus de fécondation. Pour cette raison, la génomique mitochondriale est souvent utilisée pour tracer la généalogie.

Génomique dans l'analyse médico-légale

Les informations et les indices obtenus à partir d'échantillons d'ADN trouvés sur les scènes de crime ont été utilisés comme preuves dans des affaires judiciaires, et des marqueurs génétiques ont été utilisés dans des analyses médico-légales. L'analyse génomique est également devenue utile dans ce domaine. En 2001, la première utilisation de la génomique en médecine légale a été publiée. Il s'agissait d'un effort de collaboration entre des institutions de recherche universitaires et le FBI pour résoudre les mystérieux cas d'anthrax (Figure 10.15) transportés par le service postal américain. Les bactéries du charbon ont été transformées en une poudre infectieuse et envoyées par la poste aux médias et à deux sénateurs américains. La poudre infecte le personnel administratif et les postiers qui ouvrent ou manipulent les lettres. Cinq personnes sont décédées et 17 sont tombées malades à cause de la bactérie. En utilisant la génomique microbienne, les chercheurs ont déterminé qu'une souche spécifique d'anthrax a finalement été utilisée dans tous les envois, la source a été attribuée à un scientifique d'un laboratoire national de biodéfense du Maryland.

Génomique en agriculture

La génomique peut réduire dans une certaine mesure les essais et les échecs impliqués dans la recherche scientifique, ce qui pourrait améliorer la qualité et la quantité des rendements des cultures en agriculture (figure 10.16). Lier les traits aux gènes ou aux signatures géniques aide à améliorer la sélection des cultures pour générer des hybrides avec les qualités les plus souhaitables. Les scientifiques utilisent des données génomiques pour identifier les traits souhaitables, puis transfèrent ces traits à un organisme différent pour créer un nouvel organisme génétiquement modifié, comme décrit dans le module précédent. Les scientifiques découvrent comment la génomique peut améliorer la qualité et la quantité de la production agricole. Par exemple, les scientifiques pourraient utiliser des caractéristiques souhaitables pour créer un produit utile ou améliorer un produit existant, par exemple en rendant une culture sensible à la sécheresse plus tolérante à la saison sèche.

Protéomique

Les protéines sont les produits finaux des gènes qui remplissent la fonction codée par le gène. Les protéines sont composées d'acides aminés et jouent un rôle important dans la cellule. Toutes les enzymes (à l'exception des ribozymes) sont des protéines et agissent comme des catalyseurs qui affectent la vitesse des réactions. Les protéines sont également des molécules régulatrices, et certaines sont des hormones. Les protéines de transport, telles que l'hémoglobine, aident à transporter l'oxygène vers divers organes. Les anticorps qui se défendent contre les particules étrangères sont également des protéines. Dans l'état pathologique, la fonction protéique peut être altérée en raison de changements au niveau génétique ou en raison d'un impact direct sur une protéine spécifique.

Un protéome est l'ensemble des protéines produites par un type cellulaire. Les protéomes peuvent être étudiés en utilisant la connaissance des génomes car les gènes codent pour les ARNm et les ARNm codent pour les protéines. L'étude de la fonction des protéomes s'appelle la protéomique. La protéomique complète la génomique et est utile lorsque les scientifiques veulent tester leurs hypothèses basées sur les gènes. Même si toutes les cellules d'un organisme multicellulaire ont le même ensemble de gènes, l'ensemble de protéines produites dans différents tissus est différent et dépend de l'expression des gènes. Ainsi, le génome est constant, mais le protéome varie et est dynamique au sein d'un organisme. De plus, les ARN peuvent être épissés alternativement (couper et coller pour créer de nouvelles combinaisons et de nouvelles protéines), et de nombreuses protéines sont modifiées après traduction. Bien que le génome fournisse un modèle, l'architecture finale dépend de plusieurs facteurs qui peuvent modifier la progression des événements qui génèrent le protéome.

Les génomes et protéomes de patients souffrant de maladies spécifiques sont étudiés pour comprendre les bases génétiques de la maladie. La maladie la plus importante à l'étude avec des approches protéomiques est le cancer (Figure 10.17). Des approches protéomiques sont utilisées pour améliorer le dépistage et la détection précoce du cancer. Ceci est réalisé en identifiant des protéines dont l'expression est affectée par le processus de la maladie. Une protéine individuelle est appelée biomarqueur, tandis qu'un ensemble de protéines dont les niveaux d'expression sont modifiés est appelé signature protéique. Pour qu'un biomarqueur ou une signature protéique soit utile en tant que candidat pour le dépistage et la détection précoces d'un cancer, il doit être sécrété dans les fluides corporels tels que la sueur, le sang ou l'urine, afin que des dépistages à grande échelle puissent être effectués de manière non invasive. . Le problème actuel avec l'utilisation de biomarqueurs pour la détection précoce du cancer est le taux élevé de résultats faussement négatifs. Un résultat faussement négatif est un résultat de test négatif qui aurait dû être positif. En d'autres termes, de nombreux cas de cancer ne sont pas détectés, ce qui rend les biomarqueurs peu fiables. Quelques exemples de biomarqueurs protéiques utilisés dans la détection du cancer sont le CA-125 pour le cancer de l'ovaire et le PSA pour le cancer de la prostate. Les signatures protéiques peuvent être plus fiables que les biomarqueurs pour détecter les cellules cancéreuses. La protéomique est également utilisée pour développer des plans de traitement individualisés, ce qui implique de prédire si un individu réagira ou non à des médicaments spécifiques et les effets secondaires que l'individu peut avoir. La protéomique est également utilisée pour prédire la possibilité de récidive de la maladie.

Le National Cancer Institute a développé des programmes pour améliorer la détection et le traitement du cancer. Les technologies protéomiques cliniques pour le cancer et le réseau de recherche sur la détection précoce visent à identifier des signatures protéiques spécifiques à différents types de cancers. Le programme de protéomique biomédicale est conçu pour identifier les signatures protéiques et concevoir des thérapies efficaces pour les patients atteints de cancer.