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21.17 : Introduction au cœur de mammifère - Biologie

21.17 : Introduction au cœur de mammifère - Biologie


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Décrire la structure du cœur et expliquer en quoi le muscle cardiaque est différent des autres muscles

Le cœur est un muscle complexe qui pompe le sang à travers les trois divisions du système circulatoire : coronaire (vaisseaux qui desservent le cœur), pulmonaire (cœur et poumons) et systémique (systèmes du corps). La distance plus courte pour pomper signifie que la paroi musculaire du côté droit du cœur n'est pas aussi épaisse que le côté gauche qui doit avoir une pression suffisante pour pomper le sang jusqu'au gros orteil.

Ce que vous apprendrez à faire

  • Décrire la structure du cœur
  • Décrire le cycle cardiaque

Activités d'apprentissage

Les activités d'apprentissage de cette section sont les suivantes :

  • Structure du coeur
  • Le cycle cardiaque
  • Autocontrôle : le cœur des mammifères

21.4 Autres entités acellulaires : prions et viroïdes

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

  • Décrire les prions et leurs propriétés de base
  • Définir les viroïdes et leurs cibles d'infection

Les prions et les viroïdes sont des agents pathogènes (agents capables de provoquer des maladies) qui ont des structures plus simples que les virus mais, dans le cas des prions, peuvent toujours produire des maladies mortelles.

Prions

Les prions, ainsi appelés parce qu'ils sont protéiques, sont des particules infectieuses - plus petites que les virus - qui ne contiennent pas d'acides nucléiques (ni ADN ni ARN). Historiquement, l'idée d'un agent infectieux n'utilisant pas d'acides nucléiques était considérée comme impossible, mais les travaux pionniers du biologiste lauréat du prix Nobel Stanley Prusiner ont convaincu la majorité des biologistes que de tels agents existent bel et bien.

Il a été démontré que les maladies neurodégénératives mortelles, telles que le kuru chez l'homme et l'encéphalopathie spongiforme bovine (ESB) chez les bovins (communément appelée « maladie de la vache folle ») sont transmises par les prions. La maladie s'est propagée par la consommation de viande, de tissus nerveux ou d'organes internes entre membres d'une même espèce. Kuru, originaire des humains en Papouasie-Nouvelle-Guinée, s'est propagé d'humain à humain via le cannibalisme rituel. L'ESB, détectée à l'origine au Royaume-Uni, s'est propagée entre les bovins par la pratique consistant à inclure du tissu nerveux des bovins dans l'alimentation des autres bovins. Les personnes atteintes de kuru et d'ESB présentent des symptômes de perte de contrôle moteur et des comportements inhabituels, tels que des éclats de rire incontrôlés avec le kuru, suivis de la mort. Kuru a été contrôlé en incitant la population à abandonner son cannibalisme ritualiste.

D'un autre côté, on pensait initialement que l'ESB n'affectait que les bovins. Il a été démontré que les bovins mourant de la maladie ont développé des lésions ou des « trous » dans le cerveau, faisant ressembler le tissu cérébral à une éponge. Plus tard dans l'épidémie, cependant, il a été démontré qu'une encéphalopathie similaire chez l'homme, connue sous le nom de variante de la maladie de Creutzfeldt-Jakob (MCJ), pouvait être contractée en mangeant du bœuf provenant d'animaux infectés par l'ESB, déclenchant des interdictions par divers pays sur l'importation de bœuf britannique et causant des dommages économiques considérables à l'industrie bovine britannique (figure 21.17). L'ESB existe toujours dans divers domaines, et bien qu'il s'agisse d'une maladie rare, les personnes qui contractent la MCJ sont difficiles à traiter. La maladie peut se transmettre d'homme à homme par le sang, c'est pourquoi de nombreux pays ont interdit le don de sang dans les régions associées à l'ESB.

La cause des encéphalopathies spongiformes, telles que le kuru et l'ESB, est une variante structurelle infectieuse d'une protéine cellulaire normale appelée PrP (protéine prion). C'est cette variante qui constitue la particule de prion. La PrP existe sous deux formes, PrP c , la forme normale de la protéine, et PrP sc , la forme infectieuse. Une fois introduite dans l'organisme, la PrP sc contenue dans le prion se lie à la PrP c et la convertit en PrP sc . Cela conduit à une augmentation exponentielle de la protéine PrP sc, qui s'agrège. La PrP sc est pliée de manière anormale et la conformation (forme) qui en résulte est directement responsable des lésions observées dans le cerveau des bovins infectés. Ainsi, bien que non sans quelques détracteurs parmi les scientifiques, le prion semble susceptible d'être une toute nouvelle forme d'agent infectieux, le premier découvert dont la transmission ne dépend pas de gènes constitués d'ADN ou d'ARN.

Viroïdes

Les viroïdes sont des agents pathogènes des plantes : de petites particules d'ARN circulaires à simple brin qui sont beaucoup plus simples qu'un virus. Ils n'ont pas de capside ou d'enveloppe externe, mais comme les virus, ils ne peuvent se reproduire que dans une cellule hôte. Cependant, les viroïdes ne fabriquent aucune protéine et ne produisent qu'une seule molécule d'ARN spécifique. Les maladies humaines causées par les viroïdes n'ont pas encore été identifiées.

Les viroïdes sont connus pour infecter les plantes (figure 21.18) et sont responsables de mauvaises récoltes et de la perte de millions de dollars de revenus agricoles chaque année. Certaines des plantes qu'ils infectent comprennent les pommes de terre, les concombres, les tomates, les chrysanthèmes, les avocats et les cocotiers.

Connexion carrière

Virologue

La virologie est l'étude des virus, et un virologue est une personne formée dans cette discipline. La formation en virologie peut conduire à de nombreux cheminements de carrière différents. Les virologues participent activement à la recherche universitaire et à l'enseignement dans les collèges et les facultés de médecine. Certains virologues traitent des patients ou sont impliqués dans la génération et la production de vaccins. Ils peuvent participer à des études épidémiologiques (figure 21.19) ou devenir rédacteurs scientifiques, pour ne citer que quelques carrières possibles.

Si vous pensez être intéressé par une carrière en virologie, trouvez un mentor dans le domaine. De nombreux grands centres médicaux ont des départements de virologie, et les petits hôpitaux ont généralement des laboratoires de virologie au sein de leurs départements de microbiologie. Faites du bénévolat dans un laboratoire de virologie pendant un semestre ou travaillez dans un laboratoire pendant l'été. Discuter de la profession et avoir un aperçu du travail vous aidera à décider si une carrière en virologie vous convient. Le site Web de l'American Society of Virology est une bonne source d'informations sur la formation et les carrières en virologie.

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    • Auteurs : Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi
    • Éditeur/site Web : OpenStax
    • Titre du livre : Biologie 2e
    • Date de parution : 28 mars 2018
    • Lieu : Houston, Texas
    • URL du livre : https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • URL de la section : https://openstax.org/books/biology-2e/pages/21-4-other-acellular-entities-prions-and-viroids

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    Introduction

    L'un des moyens les plus complets d'étudier la base moléculaire de la fonction cellulaire consiste à quantifier la présence de molécules d'ARN exprimées par un type cellulaire donné. Au fil des ans, le domaine de la génomique a collectivement constitué plusieurs référentiels d'expression génique à travers les états biologiques pour faciliter l'exploration des systèmes biologiques. En ce qui concerne les études à l'échelle du génome des ARN codés, un certain nombre de collections de clones d'ADNc partiels et complets ont été construits et séquencés précédemment [1-6]. Les données résultantes ont été utilisées pour l'annotation du génome, en particulier pour construire des modèles de gènes (NCBI RefSeq [4], Ensembl transcripts [7], Representative Transcript and Protein Sets (RTPS) [8]), et pour l'exploration de gènes actifs dans des contextes biologiques spécifiques. contextes (NCBI UniGene [4], DigiNorthern [9], et analyse interspécifique basée sur des ontologies simplifiées [10]). Cependant, la capacité de ces enquêtes à quantifier l'abondance d'ARN était limitée principalement en raison des performances de séquençage. Une autre approche pour évaluer l'expression des gènes est l'hybridation à des sondes préconçues (c'est-à-dire des puces à ADN) [11-13]. Des milliers d'études ont été publiées sur des profils d'expression génique à l'aide de puces à ADN (Gene Expression Omnibus [14], ArrayExpress [15], CIBEX [16]) et des collections d'ensembles de données organisés (GNF SymAtlas2 [17], EBI Gene expression atlas [18] , BioGPS [19]) sont devenus des outils populaires pour surveiller les niveaux d'expression des gènes. Cependant, la couverture des molécules d'ARN identifiables et la précision de la quantification sont limitées en raison de la conception de leur sonde, qui repose sur les connaissances existantes sur les espèces d'ARN.

    Le développement récent de séquenceurs de nouvelle génération nous permet d'obtenir des profils d'ARN à l'échelle du génome de manière complète, quantitative et sans aucune prédétermination de ce qui doit être exprimé à l'aide de méthodes telles que l'analyse cap de l'expression génique (CAGE) [20] et RNA-seq [ 21]. En particulier, une variante du protocole CAGE utilisant un séquenceur à molécule unique [22] nous permet de quantifier les activités du site de démarrage de la transcription (TSS) à une résolution d'une seule paire de bases à partir d'environ 100 ng d'ARN total. Nous avons utilisé cette technologie pour capturer la régulation de la transcription dans divers états biologiques des cellules de mammifères dans le projet Functional Annotation of Mammalian Genomes 5 (FANTOM5) [23]. La collection se compose de plus de 1 000 échantillons humains et murins, dont la plupart sont dérivés de cellules primaires. Il s'agit d'un ensemble de données unique pour comprendre la transcription régulée dans les types de cellules de mammifères. La large couverture des états biologiques permet aux chercheurs de trouver des échantillons d'intérêt et d'inspecter des gènes actifs ou des facteurs de transcription dans leurs contextes biologiques. Le profilage complet de la collection d'échantillons offre la possibilité de rechercher tout gène, facteur de transcription ou ARN non codant d'intérêt et d'examiner dans quel contexte ils sont activés dans les états cellulaires des mammifères. Les profils TSS basés sur CAGE à une résolution de base unique permettent la corrélation de l'activité de transcription avec des motifs de séquence ou des caractéristiques épigénétiques. Dans des études précédentes, nous avons généré des profils TSS basés sur CAGE dans FANTOM3 [24,25] et FANTOM4 [26,27], mais la diversité des états biologiques et les capacités de quantification étaient assez limitées en raison de l'état des technologies à ce stade. Pour faciliter l'exploration des données FANTOM5 sous différents angles, nous avons préparé un ensemble de ressources informatiques, notamment une archive de données organisée et plusieurs systèmes de bases de données, afin que les chercheurs puissent facilement explorer, examiner et extraire des données. Ici, nous présentons les ressources en ligne avec la structure de données sous-jacente et décrivons leur utilisation potentielle dans plusieurs domaines de recherche. Ce travail fait partie du projet FANTOM5. Les téléchargements de données, les outils génomiques et les manuscrits co-publiés sont résumés à [28].


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    Semaine 2 : Les systèmes cardiovasculaire et pulmonaire

    BINGO SOBRE LA ANATOM&# Y LA FISIOLOG DEL APARATO CIRCULATORIO


    Lab 2 : Microscopie et étude des tissus

    Les tissus sont composés de types de cellules similaires qui travaillent de manière coordonnée pour effectuer une tâche commune, et l'étude du niveau tissulaire d'organisation biologique est l'histologie. Quatre types de tissus de base se trouvent chez les animaux.

    L'épithélium est un type de tissu dont la fonction principale est de couvrir et de protéger les surfaces corporelles, mais peut également former des canaux et des glandes ou être spécialisé pour la sécrétion, l'excrétion, l'absorption et la lubrification.

    Les tissus épithéliaux sont classés en fonction du nombre de couches cellulaires qui composent le tissu et de la forme des cellules. L'épithélium simple est composé d'une seule couche de cellules tandis que l'épithélium stratifié contient plusieurs couches.

    Les ventes épithéliales peuvent être plates (squameuses = "en forme d'échelle"), en forme de cube (cuboïde) ou haute (colonne). Ainsi, pour identifier correctement le type de tissu, il faut trois mots (par exemple, épithélium cylindrique simple, épithélium stratifié, squameux, etc.

    Tissu conjonctif remplit des fonctions aussi diverses que la fixation, le support, la protection, l'isolation et le transport. Malgré leur diversité, tous les tissus conjonctifs sont composés de cellules vivantes enchâssées dans une matrice cellulaire non vivante constituée de fibres extracellulaires ou d'un certain type de substance fondamentale. Ainsi, ce qui distingue les différents tissus conjonctifs, c'est le type de matrice. Des exemples de tissu conjonctif comprennent les os, le cartilage, les tendons, les ligaments, le tissu conjonctif lâche, le tissu adipeux (gras) et même le sang (bien que certaines autorités classent le sang comme un tissu vasculaire).

    Tissu musculaire est spécialisé dans la contraction. Il existe trois types de tissus musculaires :

    1. Muscle lisse (conçu pour les contractions lentes, soutenues et involontaires) est composé de cellules fusiformes avec un noyau par cellule.
    2. Squelettique, ou muscle strié, qui est associé à des contractions volontaires, contient des cellules cylindriques avec de nombreux noyaux par cellule disposés en faisceaux.
    3. Cardiaque (cœur) muscle est strié comme le muscle squelettique, mais chaque cellule ne contient qu'un seul noyau.

    Tissu nerveux est spécialisé dans la réception de stimuli et la conduction de l'influx nerveux. Le tissu est composé de cellules nerveuses (neurones), dont chacune est constituée d'un corps cellulaire et de processus cellulaires qui transportent des impulsions vers (les dendrites) ou loin (des axones) du corps cellulaire. Dans les pages suivantes de cette unité de laboratoire, vous aurez l'occasion d'examiner quelques (des nombreux) types de tissus animaux.

    En termes de compréhension du fonctionnement du corps animal multicellulaire, cependant, vous devez réaliser que les tissus ne sont qu'un des nombreux niveaux connectés d'organisation biologique. Les tissus fonctionnent rarement seuls, mais au lieu de cela, ils sont regroupés en organes. Les organes sont combinés pour former des systèmes organiques (par exemple, le système circulatoire, le système nerveux, le système squelettique, le système musculaire, le système excréteur, le système reproducteur, etc.) qui fonctionnent comme une unité intégrée appelée organisme.

    Dans les unités suivantes du site Web Zoo Lab, vous découvrirez la diversité de la vie animale qui résulte de l'interaction de tous ces éléments clés.

    Laboratoire-2 01

    Cette diapositive montre une fine section de peau de grenouille. La partie la plus externe de cette peau est composée d'une seule couche de cellules plates (squameuses) de forme irrégulière, qui donne son nom au tissu. Noter: Vous visualisez cette section de tissus depuis le haut ! Cette diapositive montre une fine section de peau de grenouille. La partie la plus externe de cette peau est composée d'une seule couche de cellules plates (squameuses) de forme irrégulière, ce qui donne son nom au tissu. Noter: Vous visualisez cette section de tissus par le haut !

    Laboratoire-2 02

    Les flèches rouges et bleues pointent vers un simple tissu épithélial cubique

    Il s'agit d'une diapositive d'une section mince prélevée sur le rein de mammifère montrant les nombreux conduits tubulaires qui composent une grande partie de cet organe. Les parois de ces canaux (indiquées par les flèches rouges) sont composées de simples cellules épithéliales cubiques, qui sont généralement de forme hexagonale mais peuvent apparaître carrées d'une vue latérale. Notez également la paroi mince de l'épithélium cubique simple (indiqué par la flèche bleue) qui forme le bord supérieur de cette section.

    Laboratoire-2 03

    1. Muscle lisse (couche longue)
    2. Muscle lisse (couche circulaire)
    3. Epithélium cylindrique simple
    4. Cellule caliciforme
    5. Lumière de l'intestin

    Cette lame est une coupe transversale de l'intestin grêle. De nombreuses projections en forme de doigt, appelées villosités, se projettent dans la lumière intestinale (espace) et ont pour fonction de ralentir le passage des aliments et d'augmenter la surface d'absorption des nutriments. La muqueuse de ces villosités est une couche tissulaire appelée muqueuse, qui est constituée de simples cellules épithéliales cylindriques. Intercalées parmi ces cellules cylindriques se trouvent des cellules caliciformes qui sécrètent du mucus dans la lumière de l'intestin. Au cours de la préparation histologique de routine, le mucus est perdu, laissant un cytoplasme clair ou légèrement coloré. Sous une fine couche externe de l'intestin appelée séreuse se trouve une épaisse couche de cellules musculaires lisses appelée musculeuse externe. La musculeuse externe est divisée en une couche musculaire longitudinale externe avec des cellules qui s'étendent le long de l'axe de l'intestin et une couche musculaire interne circulaire dont les fibres encerclent l'organe. La contraction péristaltique de ces deux couches musculaires maintient le mouvement des aliments dans le tube digestif.

    1- Muscle lisse (couche longue) & 2 - Muscle lisse (couche circulaire)

    3 - Epithélium cylindrique simple & 2 - Cellule caliciforme

    Laboratoire-2 04

    1. Cellule caliciforme
    2. Cellules épithéliales cylindriques
    3. Noyau des cellules épithéliales
    4. Lumière de l'intestin

    Laboratoire-2 06

    Cette diapositive montre une coupe transversale de l'œsophage, la première partie du tube digestif qui mène à l'estomac. Notez que l'organe est tapissé de nombreuses couches de cellules appelées collectivement épithélium pavimenteux stratifié. Par convention, les tissus épithéliaux stratifiés sont nommés par la forme de leurs cellules les plus externes. Ainsi, bien que les couches plus profondes et basales soient composées de cellules cubiques et parfois même cylindriques, ces cellules à la surface sont de forme squameuse (plate), donnant son nom au tissu.

    1 - Epithélium pavimenteux stratifié

    Laboratoire-2 07

    Laboratoire-2 08

    Cette diapositive montre une fine section de tissu conjonctif lâche (parfois appelé tissu aréolaire). Ce type de tissu est largement utilisé dans tout le corps pour attacher la peau, les membranes, les vaisseaux sanguins et les nerfs ainsi que pour lier les muscles et d'autres tissus ensemble. Il remplit souvent les espaces entre les tissus épithéliaux, musculaires et nerveux, formant ce que l'on appelle le stroma d'un organe, tandis que le terme parenchyme fait référence aux composants fonctionnels d'un organe. Le tissu est constitué d'un vaste réseau de fibres sécrétées par des cellules appelées fibroblastes. Les plus nombreuses de ces fibres sont les fibres de collagène plus épaisses et légèrement colorées (roses) (1). Des fibres élastiques plus fines et foncées (2) composées de la protéine élastine peuvent également être vues dans la section. s est une lame d'une section mince prise du rein de mammifère montrant les nombreux conduits tubulaires qui composent une grande partie de cet organe. Les parois de ces canaux (indiquées par les flèches rouges) sont composées de simples cellules épithéliales cubiques, qui sont généralement de forme hexagonale mais peuvent apparaître carrées d'une vue latérale. Notez également la paroi mince de l'épithélium cubique simple (indiqué par la flèche bleue) qui forme le bord supérieur de cette section.

    Laboratoire-2 09
    1. Lumière de la trachée
    2. Epithélium cylindrique pseudostratifié (cilié)
    3. Cartilage hyalin (100x)
    4. Tissu adipeux

    Cette diapositive montrant une coupe transversale de la trachée des mammifères (tuyau) contient des exemples de plusieurs types de tissus différents. Un anneau de tissu conjonctif appelé cartilage hyalin soutient la trachée. Les chondrocytes (cellules du cartilage) qui sécrètent cette matrice de soutien sont situés dans des espaces appelés lacunes.

    3 - Cartilage hyalin (100x)

    Laboratoire-2 10

    1 - Cartilage Hyalin (400x)

    Laboratoire-2 11

    Laboratoire-2 09

    1. Lumière de la trachée
    2. Épithélium cylindrique pseudostratifié (vue rapprochée)
    3. Cartilage hyalin
    4. Tissu adipeux

    2 - Epithélium cylindrique pseudostratifié (vue rapprochée)

    Laboratoire-2 12

    Laboratoire-2 09

    1. Lumière de la trachée
    2. Épithélium cylindrique pseudostratifié (vue rapprochée)
    3. Cartilage hyalin
    4. Tissu adipeux (100x)

    4 - Tissu adipeux (100x)

    Laboratoire-2 10

    2 - Tissu adipeux (400x)

    Laboratoire-2 13

    Laboratoire-2 14

    Cette lame contient une section d'os compact séché. A noter que la matrice osseuse est déposée en couches concentriques appelées lamelles. L'unité de base de la structure de l'os compact est l'ostéon. Dans chaque ostéon, les lamelles sont disposées autour d'un canal central de Havers qui abrite les nerfs et les vaisseaux sanguins de l'os vivant. Les ostéocytes (cellules osseuses) sont situés dans des espaces appelés lacunes, qui sont reliés par de minces tubules ramifiés appelés canalicules. Ces "petits canaux" rayonnent à partir des lacunes pour former un vaste réseau reliant les cellules osseuses les unes aux autres et à l'approvisionnement en sang.

    Vue rapprochée d'un système Haversien

    Laboratoire-2 15

    Laboratoire-2 16

    Il s'agit d'une diapositive d'un faisceau de tissu musculaire lisse qui a été séparé pour révéler les cellules individuelles. Chacune de ces cellules musculaires en forme de fuseau a un seul noyau allongé. Chez la plupart des animaux, le tissu musculaire lisse est disposé en couches circulaires et longitudinales qui agissent de manière antagoniste pour raccourcir ou allonger et contracter ou élargir le corps ou l'organe. Pour un exemple d'un tel arrangement, voir les deux couches musculaires lisses sur une coupe transversale d'intestin de mammifère.

    Laboratoire-2 17

    1. Epithélium pavimenteux stratifié
    2. Conduit composé d'épithélium cubique simple
    3. Muscle squelettique
    4. Tissu adipeux
    5. Tissu conjonctif dense et irrégulier

    Vue rapprochée de la langue

    Laboratoire-2 18

    Laboratoire-2 20

    Cette lame contient une section de muscle cardiaque, qui est striée comme le muscle squelettique mais adaptée aux contractions rythmiques involontaires comme le muscle lisse. Bien que les myofibrilles soient striées transversalement, chaque cellule n'a qu'un seul noyau situé au centre. Notez les bandes transversales légèrement colorées, appelées disques intercalés, (indiquées par les flèches bleues) qui marquent les limites entre les extrémités des cellules. Ces zones jonctionnelles spécialisées sont uniques au muscle cardiaque.

    Laboratoire-2 19

    Laboratoire-2 21

    Cette lame contient une coupe longitudinale d'un tendon, qui est composé de tissu conjonctif dense et régulier. Notez les faisceaux régulièrement disposés de fibres de collagène étroitement entassées allant dans la même direction, ce qui donne un tissu flexible avec une grande résistance aux forces de traction.

    Laboratoire-2 22

    Parce qu'il est constitué d'une seule couche de cellules ressemblant à des écailles, l'épithélium pavimenteux simple est bien adapté pour une diffusion et une filtration rapides. Ces cellules ont une apparence hexagonale en vue de surface, mais lorsqu'elles sont vues de côté (comme le montre l'image du modèle ci-dessus), elles apparaissent plates avec des renflements où se trouvent les noyaux. L'épithélium pavimenteux simple forme les parois internes des vaisseaux sanguins (endothélium), la paroi de la capsule de Bowman du rein, la paroi de la cavité corporelle et des viscères (péritoine pariétal et viscéral) et les parois des sacs aériens (alvéoles) et des conduits respiratoires du poumon.

    Vue de surface

    Laboratoire-2 23

    Laboratoire-2 24

    Les cellules épithéliales cubiques simples sont généralement à six côtés (en forme de cube), mais elles apparaissent carrées en vue latérale (comme indiqué sur l'image ci-dessus du modèle) et polygonales ou hexagonales lorsqu'elles sont vues de dessus. Leurs noyaux sphériques se colorent en sombre et donnent souvent à la couche l'apparence d'un chapelet de perles. Ce type de tissu est adapté pour la sécrétion et l'absorption. On le trouve dans des zones telles que les tubules rénaux, le revêtement de l'ovaire et en tant que composant des canaux de nombreuses glandes.

    Vu du haut

    Laboratoire-2 25

    Laboratoire-2 26

    L'épithélium cylindrique simple est composé de cellules hautes (colonnes) étroitement entassées. Vus de la surface, ils apparaissent hexagonaux mais vus de côté (comme indiqué sur l'image du modèle ci-dessus), ils apparaissent comme une rangée de rectangles avec les noyaux allongés fréquemment situés au même niveau, généralement dans la partie inférieure du cellule. Les cellules épithéliales cylindriques simples peuvent être spécialisées pour la sécrétion (telles que les cellules caliciformes qui sécrètent une couche protectrice de mucus dans l'intestin grêle), pour l'absorption ou pour la protection contre l'abrasion. Les cellules épithéliales cylindriques tapissent une grande partie du tube digestif, des oviductes et de nombreuses glandes.

    Vu de la surface

    Laboratoire-2 27

    Laboratoire-2 28

    L'image de gauche montre un modèle d'épithélium cylindrique pseudostratifié. Ce type de tissu est constitué d'une seule couche de cellules reposant sur une membrane basale non cellulaire qui sécurise l'épithélium. Le tissu apparaît stratifié (se produisant en plusieurs couches) parce que les cellules n'ont pas toutes la même hauteur et parce que leurs noyaux (représentés par des structures ovales noires) sont situés à différents niveaux. L'épithélium cylindrique cilié pseudostratifié tapisse la trachée (trachée) et les voies respiratoires plus larges.

    Laboratoire-2 29

    Le muscle squelettique est le type de tissu musculaire le plus abondant dans le corps des vertébrés, représentant au moins 40 % de sa masse. Bien qu'il soit souvent activé par des réflexes qui fonctionnent automatiquement en réponse à un stimulus extérieur, le muscle squelettique est également appelé muscle volontaire car c'est le seul type soumis à un contrôle conscient. Parce que les fibres musculaires squelettiques ont des bandes évidentes appelées stries qui peuvent être observées au microscope, on l'appelle aussi muscle strié. Notez que les cellules musculaires squelettiques sont multinucléées, c'est-à-dire que chaque cellule a plus d'un noyau.

    Laboratoire-2 30

    Le muscle lisse est le plus simple des trois types de muscle. On le trouve là où des contractions lentes, soutenues et involontaires sont nécessaires, comme dans le tube digestif, le système reproducteur et d'autres organes internes. Les cellules musculaires lisses sont longues et fusiformes avec un seul noyau central. Le muscle lisse est souvent organisé en deux couches perpendiculaires l'une à l'autre, une couche circulaire dont les fibres apparaissent en coupe transversale comme indiqué sur le modèle ci-dessus et une couche longitudinale dont les fibres apparaissent comme les extrémités d'un câble coupé lorsqu'elles sont vues.

    Laboratoire-2 31

    Le muscle cardiaque est strié comme le muscle squelettique mais adapté aux contractions rythmiques involontaires comme le muscle lisse. Les myofibrilles sont striées transversalement, mais chaque cellule n'a qu'un seul noyau central. Notez les bandes transversales bleu foncé sur le modèle appelées disques intercalés qui marquent les limites entre les extrémités des cellules musculaires. Ces zones jonctionnelles spécialisées sont uniques au muscle cardiaque.

    Laboratoire-2 32

    Ce modèle montre une coupe transversale d'os compact. Observez que la matrice de l'os se dépose en couches concentriques appelées lamelles (5). L'unité de base de la structure de ce type d'os est le système haversien, ou ostéon. Dans chacun de ces ostéons, les lamelles sont disposées autour d'un canal central de Havers (1) abritant des nerfs (4) et des vaisseaux sanguins (2, 3) dans l'os vivant. Les ostéocytes ou cellules osseuses (6) sont situés dans des espaces appelés lacunes (7) qui sont reliés par de minces tubules ramifiés appelés canalicules (8). Ces « petits canaux » rayonnent à partir des lacunes pour former un vaste réseau, permettant aux cellules osseuses de communiquer entre elles et d’échanger des métabolites.

    Laboratoire-2 33

    L'image ci-dessus est celle d'un neurone multipolaire considérablement agrandi, le type de neurone le plus courant chez l'homme. Notez que le corps cellulaire (1) contient le noyau (2) avec son nucléole visiblement sombre (3). Les ramifications du corps cellulaire sont des extensions cytoplasmiques appelées processus des cellules nerveuses. Dans les motoneurones (qui conduisent l'influx nerveux vers les cellules musculaires), ces processus consistent en un seul axone long (4) et de nombreuses dendrites plus courtes (5).

    4 - Axone

    Laboratoire-2 34

    Notez dans cette vue agrandie d'un axone qu'il est entouré de cellules spécialisées appelées cellules de Schwann (1) dont les membranes plasmiques forment une enveloppe de l'axone appelée le neurilemme (2), qui est représentée en marron sur le modèle. Ces cellules de Schwann sécrètent une gaine de myéline grasse (3), représentée en jaune sur le modèle, qui protège et isole les fibres nerveuses les unes des autres et augmente la vitesse de transmission de l'influx nerveux. Les cellules de Schwann adjacentes le long d'un axone ne se touchent pas, laissant des espaces dans la gaine appelés nœuds de Ranvier à intervalles réguliers (4).


    Partie 2 : Canal chlorure activé par le calcium (CaCC) dans la famille énigmatique TMEM16

    00:00:0723 Salut.
    00:00:0823 Je suis Lily Jan.
    00:00:1023 Dans ce deuxième de la série en deux parties sur nos études des canaux ioniques, je vais vous parler de
    00:00:1924 canaux chlorure activés par le calcium.
    00:00:2225 Cela fait partie d'une collaboration à long terme que j'ai eue avec Yuh-Nung Jan.
    00:00:2820 Les canaux chlorure activés par le calcium n'ont été identifiés moléculairement qu'au cours de ce millénaire,
    00:00:3620 il y a une dizaine d'années, même si ces canaux sont étudiés depuis les années 1980
    00:00:4318 et ils ont été associés à un certain nombre de fonctions différentes qui sont importantes.
    00:00:5317 Dans cet exposé, je vais d'abord passer en revue la manière dont nous avons procédé à l'identification de la molécule de canal,
    00:01:0016 et ensuite vous dire ce que nous avons appris sur la fonction de ces canaux.
    00:01:0706 Pour un canal d'intérêt, où nous connaissons la fonction mais pas les molécules qui forment ces canaux,
    00:01:1715 une approche générale consiste à identifier une source riche pour cette chaîne et
    00:01:2509 injecter des pools d'ARN dans les ovocytes de Xenopus afin que l'activité du canal puisse être détectée
    00:01:3402 avec enregistrement des ovocytes.
    00:01:3705 Et nous pouvons ensuite subdiviser ces pools d'ADNc jusqu'à ce que nous nous retrouvions avec un seul clone pour le canal.
    00:01:4613 Pour que cette approche fonctionne, cependant, les ovocytes de Xenopus utilisés comme système d'expression
    00:01:5503 ne peut pas exprimer le canal qui vous intéresse.
    00:01:5727 Donc, si nous injectons de l'eau dans les ovocytes de Xenopus, nous ne devrions voir aucune activité de canal.
    00:02:0701 Cette approche de clonage d'expression a été initialement lancée par Julius et Nakanishi.
    00:02:1521 Et dans leurs premières études utilisant cette approche, ils ont cloné un récepteur couplé à la protéine G
    00:02:2413 qui active une voie de signalisation comprenant l'activation de la phospholipase C et
    00:02:3223 la libération de calcium des réserves internes.
    00:02:3607 Et ils se sont appuyés sur les canaux chlorure activés par le calcium qui sont endogènes à la
    00:02:4217 Oocytes Xenopus pour signaler l'activation de toute cette voie de signalisation.
    00:02:5108 Et nous savons que ces canaux chlorure activés par le calcium dans les ovocytes de Xenopus
    00:02:5703 remplissent une fonction importante, empêcher la polyspermie.
    00:03:0124 Et ces canaux ont été étudiés dans l'ovocyte depuis les années 1980.
    00:03:0806 Et pour cette raison, nous savons que les ovocytes de Xenopus ne peuvent pas être utilisés comme système d'expression
    00:03:1505 pour le clonage d'expression de CaCC.
    00:03:1812 Et à la place, Bjorn Schroeder est allé aux ovocytes axolotl qui sont physiologiquement polyspermiques.
    00:03:2902 Et après avoir trouvé très peu d'expression de CaCC endogène dans les ooctyes axolotl, Bjorn a utilisé
    00:03:3716 ces ovocytes comme système d'expression et les ovocytes de Xenopus comme source d'ARN pour CaCC
    00:03:4708 pour cloner un canal chlorure activé par le calcium.
    00:03:5125 Et cela a conduit à l'identification de Xenopus TMEM16A en tant que CaCC.
    00:03:5816 Et il a ensuite testé les homologues mammifères et a trouvé celui de. dans la famille de dix membres,
    00:04:0509 TMEM16A et 16B ont formé des canaux chlorure activés par le calcium.
    00:04:1122 Et à peu près à la même époque, le groupe d'Oh en Corée et le groupe de Galietta en Italie indépendamment
    00:04:2117 est arrivé à la conclusion que le TMEM16A forme des canaux chlorure activés par le calcium,
    00:04:2816 mais en utilisant des approches très différentes.
    00:04:3306 D'après des études récentes, nous voyons que TMEM16A est très largement exprimé en périphérie,
    00:04:4125 y compris les cellules épithéliales et les cellules musculaires lisses.
    00:04:4604 Et TMEM16B est exprimé dans plusieurs régions du cerveau, ainsi que dans les neurones sensoriels pour
    00:04:5420 perception odorante et dans les photorécepteurs.
    00:05:0005 Dans les photorécepteurs, les canaux chlorure activés par le calcium formés par TMEM16B résident
    00:05:0817 à la synapse du ruban.
    00:05:1020 Ils se lient à la protéine d'ancrage PSD95 et assurent une régulation par rétroaction négative.
    00:05:1910 Dans les neurones odorants, dans les cils où l'odorant activera les récepteurs couplés aux protéines G,
    00:05:2626 conduisant à l'ouverture de canaux ioniques cycliques nucléotidiques qui imprègnent
    00:05:3310 à la fois le calcium et d'autres ions chargés positivement comme le sodium, le calcium s'activera alors
    00:05:4203 canaux chlorure activés par le calcium.
    00:05:4426 Ainsi, CaCC formé par TMEM16B fournit l'amplification à faible bruit et à gain élevé du signal odorant.
    00:05:5720 Dans le système nerveux, nous voyons que TMEM16A se trouve dans les neurones sensoriels des ganglions de la racine dorsale.
    00:06:0720 Mais TMEM16B se trouve dans différentes régions du cerveau, dans les neurones centraux.
    00:06:1406 Il y a une curieuse corrélation.
    00:06:1617 Les cellules qui expriment 16B ont tendance à exprimer des cotransporteurs de chlorure de potassium,
    00:06:2427 et ces cellules ont une faible concentration de chlorure à l'intérieur.
    00:06:3004 Et donc les canaux chlorure sont inhibiteurs.
    00:06:3224 Mais dans les cellules comme les ganglions de la racine dorsale, et aussi dans les neurones immatures du cerveau,
    00:06:4108 les cellules utilisent un transporteur différent, le cotransporteur sodium-potassium-chlorure.
    00:06:4828 Et ces cellules ont une concentration élevée en chlorure, et les canaux chlorure sont excitateurs.
    00:06:5706 Et cela s'applique à de nombreuses cellules différentes de la périphérie, ainsi qu'aux cellules d'autres organismes,
    00:07:0411 y compris les algues vertes.
    00:07:0601 Nous savons d'après des études menées dans les années 1980, que des canaux chlorure activés par le calcium sont présents dans les algues vertes.
    00:07:1517 Et en fait, ce sont les canaux qui sont responsables de la génération des potentiels d'action.
    00:07:2115 Ce ne sont pas des canaux sodium.
    00:07:2326 Et donc nous pouvons voir que les potentiels d'action de cette algue verte sont plus lents.
    00:07:2922 Cela prend des secondes plutôt que des millisecondes, comme dans le cas des potentiels d'action dans le
    00:07:3514 nerfs et muscles.
    00:07:3714 Et ceux-ci ont été appelés calcium. comme potentiel d'action chimique parce que
    00:07:4400 il faut l'augmentation du calcium pour induire le potentiel d'action.
    00:07:4917 Et quand la lumière est éteinte, le calcium se libère des chloroplastes.
    00:07:5826 Et donc nous pouvons voir, alors, il y a un raccourcissement progressif de la latence pour le
    00:08:0408 génération de potentiel d'action.
    00:08:0711 Et pendant le potentiel d'action, il y a encore une augmentation du calcium.
    00:08:1113 Et cela entraînera une pause dans le flux cytoplasmique.
    00:08:1928 Et ce sont de très grandes cellules, comme vous pouvez le voir, dans les algues vertes.
    00:08:2418 Et le flux cytoplasmique est un moyen de déplacer, vous savez, les organites et les matériaux
    00:08:3103 dans la cellule.
    00:08:3411 Maintenant, revenons au règne animal.
    00:08:3808 Dans l'épithélium des voies respiratoires, nous voyons deux types différents de canaux chlorure du côté apical,
    00:08:4516 le côté luminal de la cellule.
    00:08:4805 L'un est un canal chlorure activé par le calcium, formé par TMEM16A.
    00:08:5314 Et l'autre est CFTR.
    00:08:5628 Et c'est le canal lié à la mucoviscidose.
    00:09:0203 Et ces canaux chlorure sont chargés de contrôler, ou participent au contrôle,
    00:09:0919 de l'épaisseur du liquide de surface des voies respiratoires, l'ASL.
    00:09:1520 Et ce liquide, tapissant le côté luminal de l'épithélium, est très important pour
    00:09:2322 clairance mucociliaire des agents pathogènes dans les voies respiratoires.
    00:09:3018 Dans les voies respiratoires, ces canaux chlorure activés par le calcium formés par TMEM16A facilitent également
    00:09:3900 la libération de mucine dans la lumière.
    00:09:4222 Et depuis les années 1980, nous avons appris d'études sur différentes glandes exocrines que
    00:09:4926 les canaux chlorure activés par le calcium sont importants pour contrôler la sécrétion de,
    00:09:5616 vous savez, les glandes salivaires, les glandes sudoripares, etc.
    00:10:0005 Et ces glandes expriment TMEM16A.
    00:10:0628 Dans le muscle lisse, les canaux chlorure activés par le calcium peuvent être activés, par exemple,
    00:10:1502 avec la libération ponctuelle. un bolus de calcium provenant des réserves internes.
    00:10:2201 Et cela provoquerait les canaux chlorure activés par le calcium à proximité sur la membrane cellulaire
    00:10:2818 pour s'ouvrir, conduisant à ce que l'on appelle STIC : courant entrant transitoire spontané.
    00:10:3700 Cela provoquera une dépolarisation.
    00:10:3919 Et cela conduira en outre à l'ouverture des canaux calciques voltage-dépendants.
    00:10:4321 Donc, c'est une rétroaction positive pour maintenir l'augmentation du calcium et la contraction des muscles lisses.
    00:10:5500 Dans l'intestin, vous savez, le tractus gastro-intestinal, il y a des cellules appelées
    00:11:0116 cellules interstitielles de Cajal.
    00:11:0416 Et de même, il existe des canaux chlorure activés par le calcium.
    00:11:0823 Et quand il y a une bouffée de calcium provenant des réserves internes, cela générera un STIC,
    00:11:1518 marqué ici, cette petite hausse.
    00:11:1821 Et cette dépolarisation transitoire spontanée conduira alors à l'ouverture de
    00:11:2505 canaux calciques voltage-dépendants et génèrent ces ondes lentes.
    00:11:3103 Les cellules interstitielles de Cajal sont dans des jonctions lacunaires, couplées électriquement, avec des muscles lisses.
    00:11:3815 Donc, dans l'intestin, il y a en fait tout un réseau de cellules interstitielles de Cajal
    00:11:4514 couplés électriquement les uns aux autres et aussi aux muscles lisses.
    00:11:5017 Et la propagation de ces ondes lentes contrôle le mouvement rythmique de l'estomac et des intestins.
    00:12:0002 Ainsi, nous voyons dans le contrôle de type sauvage que l'estomac isolé subit toujours une contraction rythmique.
    00:12:0828 Mais chez les souris mutantes, sans TMEM16A, le mus. l'estomac ne fait pas ça.
    00:12:1815 Il n'y a pas de mouvement rythmique.
    00:12:2125 Ainsi, dans les cellules interstitielles de Cajal, TMEM16A est responsable ou requis pour la formation
    00:12:3220 d'activité du stimulateur cardiaque, ces ondes lentes qui contrôlent le mouvement rythmique du tractus gastro-intestinal.
    00:12:4120 Dans les cellules épithéliales, à TMEM16A et CFTR, encore une fois, sont du côté luminal,
    00:12:5100 le côté apical des cellules épithéliales.
    00:12:5415 Et donc avoir ces deux canaux de chlorure différents du même côté, le côté luminal
    00:13:0016 de cellules épithéliales dans l'intestin, et aussi dans les voies respiratoires,
    00:13:0523 a soulevé la possibilité que l'activation des canaux chlorure activés par le calcium puisse être un moyen de
    00:13:1514 réduire ou améliorer certains des symptômes des patients atteints de mucoviscidose.
    00:13:2418 Comme je l'ai mentionné, TMEM16A est très largement exprimé dans différents tissus épithéliaux.
    00:13:3115 Et dans ces cellules épithéliales, la protéine du canal est sur la membrane cellulaire et aussi
    00:13:3720 à la surface des cils, microvillosités incluses.
    00:13:4307 Et pour demander ce que ces canaux pourraient faire, ou quelles fonctions ces canaux pourraient avoir
    00:13:4924 dans l'épithélium, Mu He a exprimé un capteur de chlorure, une protéine fluorescente, dans les cellules épithéliales,
    00:13:5724 et trouvé que la fluorescence changera avec la concentration externe de chlorure.
    00:14:0504 La réduction de la concentration en chlorure entraînera une augmentation de la fluorescence.
    00:14:0924 Et restaurer la concentration de chlorure plus élevée provoquera une chute, une baisse de l'intensité de fluorescence.
    00:14:1806 Et donc le fluor. l'intensité de fluorescence est inversement proportionnelle à
    00:14:2411 la concentration de chlorure dans le cytosol.
    00:14:2806 Et dans les cellules mutantes sans 16A, les roses, ou les cellules témoins traitées avec
    00:14:3814 un bloqueur de ce canal, il y a une réduction de l'intensité de fluorescence.
    00:14:4417 Donc, nous voyons que le canal dans ces cellules contrôle l'homéostasie du chlorure.
    00:14:5104 Donc, sans l'activité du canal, la concentration en chlorure cytoplasmique est plus élevée.
    00:15:0008 Et pour voir la conséquence de la variation de la concentration en chlorure,
    00:15:0616 une chose que Mu He a remarquée, c'est que le recyclage du trafic d'endosomes dépend de la concentration de chlorure.
    00:15:1515 Ainsi, la réduction de la concentration de chlorure augmentera l'apparence de l'E-cadhérine
    00:15:2217 dans l'endosome de recyclage.
    00:15:2524 Et le recyclage de l'E-cadhérine est un processus qui se produit tout le temps.
    00:15:3126 Cela permet aux cellules de réarranger les jonctions adhérentes formées par l'E-cadhérine.
    00:15:3927 Et ceci est particulièrement important lorsque les cellules ajustent leur disposition
    00:15:4621 avec les voisins, comme dans le cas de l'embryogenèse, au cours du développement.
    00:15:5125 Donc, au début, dans ces panneaux, nous voyons que les cellules épithéliales sont encore à un stade
    00 : 16 : 0200 de prolifération active.
    00:16:0420 Et ils s'entassent les uns contre les autres, principalement comme des pentagones, avec cinq bords.
    00:16:1122 Et plus tard dans le développement, ces épithéliums se sont stabilisés et emballés sous forme d'hexagones, sous forme de nid d'abeilles.
    00:16:2318 Et chez les souris mutantes sans TMEM16A, cette transition de. à la forme stable de l'épithélium
    00:16:3423 est déficient.
    00:16:3615 Nous ne voyons pas cette transition vers les hexagones.
    00: 16: 3922 Ceci est très probablement le résultat de l'altération du recyclage de l'E-cadhérine qui est nécessaire
    00:16:4905 pour le reconditionnement des cellules épithéliales.
    00: 16: 5311 Et l'autre effet ou contrôle médié par la concentration de chlorure dans le cytoplasme est
    00:17:0213 le trafic d'endosomes recyclés vers la région péricentriolaire.
    00:17:0828 Et les endosomes de recyclage dans cette région sont en fait l'approvisionnement de la membrane,
    00:17:1511 la source de membrane pour la ciliogenèse, pour la formation des cils primaires.
    00:17:2115 Et cela explique pourquoi chez les mutants, dans plusieurs tissus, nous voyons des cils primaires beaucoup plus courts.
    00:17:3424 Et maintenant que nous avons parcouru certaines des fonctions physiologiques,
    00:17:3909 Je vais changer de vitesse et parler du fonctionnement de ces canaux.
    00:17:4416 Dans notre récente étude en collaboration avec mon collègue de l'UCSF, Yifan Cheng, nous avons vu
    00:17:5200 la chaîne. dans la structure, avec analyse cryo-EM.
    00:17:5807 Nous voyons que la protéine forme un dimère.
    00:18:0202 Et il y a en fait des lipides très bien organisés, marqués en rouge, à l'interface.
    00:18:0927 Et nous voyons deux ions calcium dans chaque monomère.
    00:18:1411 Et ils sont assez proches de l'endroit où se trouve le pore.
    00:18:1802 Ainsi, les deux ions calcium sont coordonnés par cinq résidus acides plus une asparagine.
    00:18:2825 Et juste à côté du site de liaison au calcium se trouve le pore.
    00:18:3320 C'est formé par six des dix segments transmembranaires.
    00:18:3927 Et trois des six sont les segments transmembranaires qui incluent les sites de liaison du calcium,
    00:18:4606 les résidus acides et l'asparagine.
    00: 18: 5109 Lorsque nous avons muté des résidus tapissant le pore, nous avons trouvé un groupe de résidus près
    00:19:0024 la constriction du pore qui joue un rôle dans la fermeture du canal, et puis, aussi, les résidus de revêtement des pores
    00:19:0815 tout le long du pore qui sont importants pour la perméation des anions.
    00:19:1320 Donc, le remplacement de n'importe lequel de ces résidus de revêtement des pores, tous les dix, par de l'alanine,
    00:19:2301 un à la fois, nous voyons que la perméabilité à l'iodure par rapport à la perméabilité au chlorure est modifiée,
    00:19:3020 indiquant que ces résidus le long du pore interagissent avec les anions dans le pore pour contrôler leur perméation.
    00: 19: 4305 Et le groupe de résidus qui sont près du site de constriction semble influencer
    00:19:5211 la stabilité de la protéine à l'état ouvert par rapport à l'état fermé du canal.
    00: 19: 5808 Pour que les mutations de l'alanine de ces résidus modifient la sensibilité apparente au calcium
    00:20:0525 du canal pour l'activation.
    00:20:1122 Une caractéristique connue depuis les années 80 est indiquée par les triangles bleus
    00:20:2126 et les losanges rouges dans la relation courant-tension.
    00:20:2719 Et c'est quand la concentration de calcium dans le cytosol est faible, le canal montre
    00:20:3412 très forte dépendance à la tension.
    00:20:3701 Mais quand la concentration de calcium est beaucoup plus élevée, il y a une relation courant-tension linéaire.
    00:20:4313 Il y a très peu de dépendance à la tension.
    00:20:4526 Notre récente étude, publiée cette année dans Nature. dans Neuron, donne un aperçu supplémentaire de la façon dont
    00:20:5520 la chaîne fonctionne.
    00:20:5802 Nous voyons que le canal a très probablement deux états ouverts différents.
    00:21:0408 Lorsque le canal, ou chaque monomère, a un calcium lié, il est fortement dépendant du voltage,
    00:21:1313 donc le canal est fermé sauf s'il y a dépolarisation.
    00:21:1928 Et donc quand la membrane est dépolarisée à une valeur plus positive, nous voyons un courant instantané.
    00:21:2705 Cela reflète cet état ouvert.
    00:21:3122 Et physiologiquement, la signification de ce single. canal occupé seul est que
    00:21:4400 ces canaux n'affecteront pas vraiment le potentiel membranaire au repos, mais ils
    00:21:4925 moduler le potentiel synaptique excitateur et aussi le potentiel d'action.
    00:21:5520 Parce que, pendant ces potentiels synaptiques ou potentiels d'action, il y aura dépolarisation.
    00:22:0311 Maintenant, si nous regardons la courbe verte et la courbe bleue, nous voyons qu'avoir juste
    00:22:1022 différents anions traversant le pore, l'activité du canal est différente.
    00:22:1722 Et donc l'iodure aura un plus grand effet en potentialisant l'activité du canal par rapport
    00:22:2508 au chlorure.
    00:22:2713 C'est donc une forme de retour positif.
    00:22:3104 Une fois que le canal est ouvert et que les anions traversent le pore,
    00:22:3517 cela va réellement potentialiser l'activité du canal.
    00:22:4013 Et puis nous voyons dans cette expérience de pince de tension avec dépolarisation prolongée,
    00:22:4800 il y a une augmentation progressive de l'activité du canal.
    00:22:5119 Et cela reflète l'occupation du deuxième site de liaison au calcium.
    00:22:5703 Et lorsque le canal a les deux sites de liaison au calcium occupés, il passe à un autre
    00:23:0414 conformation ouverte qui ne montre aucune dépendance à la tension.
    00:23:0804 Et cette activité accrue est également physiologiquement importante.
    00:23:1402 Ainsi, nous voyons dans des études récentes, dans ce cas l'enregistrement de neurones de l'olive inférieure,
    00:23:2322 la suppression du canal chlorure activé par le calcium formé par TMEM16B modifiera la forme d'onde du potentiel d'action,
    00:23:3122 la durée, et aussi la posthyperpolarisation.
    00:23:3620 Et dans cet autre exemple, il s'agit d'un enregistrement à partir de neurones thalamocorticaux,
    00:23:4403, cela montre qu'avec une dépolarisation prolongée et toute une série de potentiels d'action générés,
    00:23:5314 cette dépolarisation prolongée et l'entrée de calcium pendant le potentiel d'action
    00:24:0006 conduira à une fraction progressivement plus grande, ou à un plus grand nombre, de canaux chlorure activés par le calcium
    00:24:1104 obtenant les deux sites de liaison du calcium occupés et entrant dans un état plus actif.
    00:24:2126 Et cela conduira à une diminution progressive de la cadence de tir.
    00:24:2716 Et c'est le phénomène connu sous le nom d'adaptation de fréquence de pointe.
    00:24:3621 Cela montre que chez les mammifères, la famille TMEM16
    00:24:4426 -- TMEM signifie protéine transmembranaire à fonction inconnue --
    00:24:5101 nous savons que 16A et 16B forment des canaux chlorure activés par le calcium.
    00:24:5608 C'était assez surprenant de voir que les fonctions des autres membres de la famille sont vraiment très diverses.
    00:25:0406 Ce ne sont pas tous des canaux chlorure activés par le calcium.
    00:25:0921 Lorsque nous descendons la liste, nous avons constaté que TMEM16C se comporte comme une sous-unité auxiliaire de
    00:25:1715 un canal potassique, un canal potassique activé par le sodium.
    00:25:2205 Donc, avoir. le canal a à la fois la sous-unité alpha et la sous-unité bêta, TMEM16C,
    00:25:3019 et aura une plus grande sensibilité au sodium et également une plus grande stabilité.
    00:25:3502 Ainsi, dans les neurones sensoriels des ganglions de la racine dorsale, dans le type sauvage, il y a
    00:25:4309 beaucoup plus de ces canaux et des courants de potassium activés par le sodium plus importants que dans le TMEM.
    00:25:5010 chez les animaux sans TMEM16C.
    00: 25: 5513 Et le résultat final est que TMEM16C va augmenter l'excitabilité de ces neurones sensoriels
    00:26:0419 et augmente également la sensibilité à la douleur de l'animal.
    00:26:1203 Et un autre exemple est TMEM16F.
    00:26:1424 Cela s'avère être associé, lié, à une maladie humaine qui est un trouble de la coagulation
    00:26:2225 connu sous le nom de syndrome de Scott.
    00: 26: 2516 Et la fonction de TMEM16F est requise pour l'activité de la scramblase lipidique activée par le calcium
    00:26:3502 dans les cellules plaquettaires et autres types de cellules.
    00:26:3904 Et le brouillage des lipides dans la bicouche lipidique permet aux lipides marqués en rouge,
    00:26:4619 la phosphatidylsérine, à exposer à la surface cellulaire.
    00:26:5112 Et cela sert de plate-forme d'atterrissage pour les facteurs tissulaires.
    00:26:5611 Et cela conduit finalement à la production de thrombine et à la coagulation du sang.
    00:27:0515 Et pour les autres membres, les fonctions seront probablement intrigantes mais assez différentes.
    00:27:1208 Donc, ce sont toutes des questions encore ouvertes.
    00:27:1512 Ainsi, pour cette étude de la famille TMEM16, Bjorn Schroeder a utilisé ces ovocytes axolotl pour
    00:27:2600 clonage d'expression du canal.
    00:27:2920 Et donc TMEM16A et B sont les canaux chlorure activés par le calcium.
    00:27:3515 Fen Huang a fait l'étude de TMEM16C qui s'est avéré être une sous-unité auxiliaire d'un canal potassique.
    00: 27: 4516 Andrew Kim et Huanghe Yang ont réalisé l'étude initiale de notre laboratoire sur TMEM16F qui est liée
    00:27:5328 au trouble de la coagulation.
    00:27:5514 Jason Tien, John Gilchrist, Mu He, Shengjie Feng et Chris Peters ont fait
    00:28:0409 les études biophysiques et physiologiques les plus récentes, y compris l'étude cryo EM en collaboration
    00:28:1207 avec Yifan Cheng.
    00:28:1404 Et plusieurs autres collègues de l'UCSF, dont Dan Minor, Charly Craik et Michael Grabe.
    00:28:2319 L'étude de la douleur a été réalisée avec Allan Basbaum.
    00:28:2811 Et le trouble de la coagulation. vous savez, l'étude de la coagulation sanguine a été réalisée en collaboration
    00:28:3614 avec Shawn Coughlin.
    00:28:3821 Et tout cela est une collaboration à long terme avec Yuh-Nung Jan.
    00:28:4227 Et l'étude a été soutenue par Howard Hughes Medical Institute, NIH,
    00:28:4927 et un certain nombre de bourses postdoctorales.
    00:28:5300 Merci.

    • Partie 1 : Introduction aux canaux ioniques : un examen attentif du rôle et de la fonction des canaux potassiques

    Contenu

    Le physiologiste anglais du XIXe siècle Sydney Ringer a mis au point des solutions salines contenant des chlorures de sodium, de potassium, de calcium et de magnésium adaptées au maintien des battements d'un cœur animal isolé à l'extérieur du corps. [3] En 1885, Wilhelm Roux a retiré une partie de la plaque médullaire d'un poulet embryonnaire et l'a maintenue dans une solution saline chaude pendant plusieurs jours, établissant le principe de la culture tissulaire. [4] Ross Granville Harrison, travaillant à la Johns Hopkins Medical School puis à l'Université de Yale, a publié les résultats de ses expériences de 1907 à 1910, établissant la méthodologie de la culture tissulaire. [5]

    Les techniques de culture cellulaire ont été considérablement avancées dans les années 1940 et 1950 pour soutenir la recherche en virologie. La culture de virus dans des cultures cellulaires a permis la préparation de virus purifiés pour la fabrication de vaccins. Le vaccin antipoliomyélitique injectable développé par Jonas Salk a été l'un des premiers produits fabriqués en série à l'aide de techniques de culture cellulaire. Ce vaccin a été rendu possible grâce aux recherches sur la culture cellulaire de John Franklin Enders, Thomas Huckle Weller et Frederick Chapman Robbins, qui ont reçu un prix Nobel pour leur découverte d'une méthode de culture du virus dans des cultures de cellules rénales de singe.

    Isolement des cellules Modifier

    Les cellules peuvent être isolées des tissus pour ex vivo culturelle de plusieurs manières. Les cellules peuvent être facilement purifiées du sang, cependant, seuls les globules blancs sont capables de croître en culture. Les cellules peuvent être isolées des tissus solides en digérant la matrice extracellulaire à l'aide d'enzymes telles que la collagénase, la trypsine ou la pronase, avant d'agiter le tissu pour libérer les cellules en suspension. [6] [7] Alternativement, des morceaux de tissu peuvent être placés dans des milieux de croissance et les cellules qui se développent sont disponibles pour la culture. Cette méthode est connue sous le nom de culture d'explants.

    Les cellules qui sont cultivées directement à partir d'un sujet sont appelées cellules primaires. À l'exception de certaines dérivées de tumeurs, la plupart des cultures cellulaires primaires ont une durée de vie limitée.

    Une lignée cellulaire établie ou immortalisée a acquis la capacité de proliférer indéfiniment soit par mutation aléatoire, soit par modification délibérée, telle que l'expression artificielle du gène de la télomérase. De nombreuses lignées cellulaires sont bien établies comme représentatives de types cellulaires particuliers.

    Maintien des cellules en culture Modifier

    Pour la majorité des cellules primaires isolées, elles subissent le processus de sénescence et arrêtent de se diviser après un certain nombre de doublements de population tout en conservant généralement leur viabilité (appelée limite de Hayflick).

    Mis à part la température et le mélange gazeux, le facteur le plus souvent varié dans les systèmes de culture est le milieu de croissance cellulaire. Les recettes de milieux de croissance peuvent varier en termes de pH, de concentration de glucose, de facteurs de croissance et de présence d'autres nutriments. Les facteurs de croissance utilisés pour compléter les milieux sont souvent dérivés du sérum de sang animal, tel que le sérum bovin fœtal (FBS), le sérum de veau bovin, le sérum équin et le sérum porcin. Une complication de ces ingrédients dérivés du sang est le potentiel de contamination de la culture par des virus ou des prions, en particulier dans les applications de biotechnologie médicale. La pratique actuelle est de minimiser ou d'éliminer l'utilisation de ces ingrédients dans la mesure du possible et d'utiliser le lysat plaquettaire humain (hPL). [8] Cela élimine le souci de contamination entre espèces lors de l'utilisation de FBS avec des cellules humaines. La hPL est devenue une alternative sûre et fiable en remplacement direct du FBS ou d'autres sérums animaux. De plus, des milieux chimiquement définis peuvent être utilisés pour éliminer toute trace de sérum (humain ou animal), mais cela ne peut pas toujours être accompli avec différents types de cellules. Des stratégies alternatives impliquent de s'approvisionner en sang animal dans des pays présentant un risque minimum d'ESB/EST, tels que les États-Unis, l'Australie et la Nouvelle-Zélande, [9] et d'utiliser des concentrés de nutriments purifiés dérivés du sérum à la place du sérum animal entier pour la culture cellulaire. [dix]

    La densité de placage (nombre de cellules par volume de milieu de culture) joue un rôle essentiel pour certains types de cellules. Par exemple, une densité de placage inférieure fait que les cellules de la granulosa présentent une production d'œstrogènes, tandis qu'une densité de placage plus élevée les fait apparaître comme des cellules thécales productrices de progestérone. [11]

    Les cellules peuvent être cultivées en suspension ou en cultures adhérentes. Certaines cellules vivent naturellement en suspension, sans être attachées à une surface, comme les cellules présentes dans la circulation sanguine.Il existe également des lignées cellulaires qui ont été modifiées pour pouvoir survivre dans des cultures en suspension afin qu'elles puissent être cultivées à une densité plus élevée que ce que des conditions d'adhérence ne le permettraient. Les cellules adhérentes nécessitent une surface, telle qu'un plastique de culture tissulaire ou un microsupport, qui peut être recouverte de composants de matrice extracellulaire (tels que le collagène et la laminine) pour augmenter les propriétés d'adhérence et fournir d'autres signaux nécessaires à la croissance et à la différenciation. La plupart des cellules dérivées de tissus solides sont adhérentes. Un autre type de culture adhérente est la culture organotypique, qui consiste à cultiver des cellules dans un environnement tridimensionnel (3-D) par opposition à des boîtes de culture bidimensionnelles. Ce système de culture 3D est biochimiquement et physiologiquement plus similaire à in vivo tissu, mais est techniquement difficile à maintenir en raison de nombreux facteurs (par exemple la diffusion). [12]

    Milieu basal de culture cellulaire Modifier

    Il existe différents types de milieux de culture cellulaire qui sont couramment utilisés dans les sciences de la vie, notamment les suivants :

    Composants des milieux de culture cellulaire Modifier

    Composant Fonction
    Source de carbone (glucose/glutamine) Source d'énergie
    Acide aminé Éléments constitutifs de protéines
    Vitamines Favoriser la survie et la croissance des cellules
    Solution saline équilibrée Un mélange isotonique d'ions pour maintenir une pression osmotique optimale dans les cellules et fournir des ions métalliques essentiels pour agir comme cofacteurs pour les réactions enzymatiques, l'adhésion cellulaire, etc.
    Colorant rouge de phénol indicateur de pH. La couleur du rouge de phénol passe de l'orange/rouge à un pH de 7 à 7,4 au jaune à un pH acide (inférieur) et au violet à un pH basique (plus élevé).
    Tampon bicarbonate/HEPES Il est utilisé pour maintenir un pH équilibré dans les médias

    Conditions de croissance typiques Modifier

    Contamination croisée des lignées cellulaires Modifier

    La contamination croisée des lignées cellulaires peut être un problème pour les scientifiques travaillant avec des cellules en culture. [13] Des études suggèrent que dans 15 à 20% des cas, les cellules utilisées dans les expériences ont été mal identifiées ou contaminées par une autre lignée cellulaire. [14] [15] [16] Des problèmes de contamination croisée des lignées cellulaires ont même été détectés dans les lignées du panel NCI-60, qui sont utilisées de manière routinière pour les études de dépistage de médicaments. [17] [18] Les principaux dépôts de lignées cellulaires, y compris l'American Type Culture Collection (ATCC), la European Collection of Cell Cultures (ECACC) et la German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (DSMZ), ont reçu des soumissions de lignées cellulaires de chercheurs qui ont été mal identifiés par eux. [17] [19] Une telle contamination pose un problème pour la qualité de la recherche produite à l'aide de lignées de culture cellulaire, et les principaux référentiels authentifient maintenant toutes les soumissions de lignées cellulaires. [20] L'ATCC utilise les empreintes d'ADN à répétition en tandem courte (STR) pour authentifier ses lignées cellulaires. [21]

    Pour résoudre ce problème de contamination croisée des lignées cellulaires, les chercheurs sont encouragés à authentifier leurs lignées cellulaires à un passage précoce pour établir l'identité de la lignée cellulaire. L'authentification doit être répétée avant la congélation des stocks de lignées cellulaires, tous les deux mois pendant la culture active et avant toute publication des données de recherche générées à l'aide des lignées cellulaires. De nombreuses méthodes sont utilisées pour identifier les lignées cellulaires, notamment l'analyse des isoenzymes, le typage de l'antigène lymphocytaire humain (HLA), l'analyse chromosomique, le caryotypage, la morphologie et l'analyse STR. [21]

    Un contaminant croisé de lignée cellulaire important est la lignée cellulaire immortelle HeLa.

    Autres problèmes techniques Modifier

    Comme les cellules continuent généralement à se diviser en culture, elles se développent généralement pour remplir la zone ou le volume disponible. Cela peut générer plusieurs problèmes :

    • Épuisement des nutriments dans les milieux de croissance
    • Modifications du pH des milieux de croissance
    • Accumulation de cellules apoptotiques/nécrotiques (mortes)
    • Le contact de cellule à cellule peut stimuler l'arrêt du cycle cellulaire, provoquant l'arrêt de la division des cellules, appelée inhibition du contact.
    • Le contact de cellule à cellule peut stimuler la différenciation cellulaire. et des altérations épigénétiques, avec une sélection naturelle des cellules altérées conduisant potentiellement à une prolifération de cellules anormales adaptées à la culture avec une différenciation réduite et une capacité de prolifération accrue. [22]

    Le choix du milieu de culture pourrait affecter la pertinence physiologique des résultats des expériences de culture cellulaire en raison des différences dans la composition et les concentrations en nutriments. [23] Un biais systématique dans les ensembles de données générés a été récemment montré pour les écrans de silençage des gènes CRISPR et ARNi, [24] et pour le profilage métabolique des lignées cellulaires cancéreuses. [23] L'utilisation d'un milieu de croissance qui représente mieux les niveaux physiologiques de nutriments peut améliorer la pertinence physiologique des études in vitro et récemment, des types de milieux tels que Plasmax [25] et Human Plasma Like Medium (HPLM), [26] ont été développés.

    Manipulation de cellules cultivées Modifier

    Parmi les manipulations courantes effectuées sur les cellules en culture figurent les changements de milieu, les cellules de passage et les cellules transfectantes. Celles-ci sont généralement réalisées en utilisant des méthodes de culture tissulaire qui reposent sur une technique aseptique. La technique aseptique vise à éviter la contamination par des bactéries, des levures ou d'autres lignées cellulaires. Les manipulations sont généralement effectuées dans une enceinte de biosécurité ou une enceinte à flux laminaire pour exclure les micro-organismes contaminants. Des antibiotiques (p. ex. pénicilline et streptomycine) et des antifongiques (p. ex. amphotéricine B et solution antibiotique-antimycosique) peuvent également être ajoutés au milieu de croissance.

    Au fur et à mesure que les cellules subissent des processus métaboliques, de l'acide est produit et le pH diminue. Souvent, un indicateur de pH est ajouté au milieu pour mesurer l'épuisement des nutriments.

    Changements de médias Modifier

    Dans le cas de cultures adhérentes, le milieu peut être retiré directement par aspiration, puis remplacé. Les changements de médias dans les cultures non adhérentes impliquent la centrifugation de la culture et la remise en suspension des cellules dans des milieux frais.

    Cellules de passage Modifier

    Le passage (également connu sous le nom de sous-culture ou de fractionnement de cellules) consiste à transférer un petit nombre de cellules dans un nouveau récipient. Les cellules peuvent être cultivées plus longtemps si elles sont séparées régulièrement, car cela évite la sénescence associée à une densité cellulaire élevée prolongée. Les cultures en suspension sont facilement repiquées avec une petite quantité de culture contenant quelques cellules diluées dans un plus grand volume de milieu frais. Pour les cultures adhérentes, les cellules doivent d'abord être détachées, ce qui est généralement fait avec un mélange de trypsine-EDTA. Cependant, d'autres mélanges d'enzymes sont maintenant disponibles à cette fin. Un petit nombre de cellules détachées peut ensuite être utilisé pour ensemencer une nouvelle culture. Certaines cultures cellulaires, telles que les cellules RAW, sont grattées mécaniquement de la surface de leur récipient avec des grattoirs en caoutchouc.

    Transfection et transduction Modifier

    Une autre méthode courante de manipulation des cellules implique l'introduction d'ADN étranger par transfection. Ceci est souvent effectué pour amener les cellules à exprimer un gène d'intérêt. Plus récemment, la transfection de constructions d'ARNi a été réalisée comme un mécanisme pratique pour supprimer l'expression d'un gène/protéine particulier. L'ADN peut également être inséré dans des cellules à l'aide de virus, dans des méthodes appelées transduction, infection ou transformation. Les virus, en tant qu'agents parasitaires, sont bien adaptés à l'introduction d'ADN dans les cellules, car cela fait partie de leur cours normal de reproduction.

    Lignées cellulaires humaines établies Modifier

    Les lignées cellulaires d'origine humaine ont été quelque peu controversées en bioéthique, car elles peuvent survivre à leur organisme parent et être utilisées plus tard dans la découverte de traitements médicaux lucratifs. Dans une décision pionnière dans ce domaine, la Cour suprême de Californie a jugé dans Moore c. Regents de l'Université de Californie que les patients humains n'ont aucun droit de propriété sur les lignées cellulaires dérivées d'organes prélevés avec leur consentement. [27]

    Il est possible de fusionner des cellules normales avec une lignée cellulaire immortalisée. Cette méthode est utilisée pour produire des anticorps monoclonaux. En bref, des lymphocytes isolés de la rate (ou éventuellement du sang) d'un animal immunisé sont combinés à une lignée cellulaire de myélome immortelle (lignée de cellules B) pour produire un hybridome qui a la spécificité d'anticorps du lymphocyte primaire et l'immortalité du myélome. Un milieu de croissance sélectif (HA ou HAT) est utilisé pour sélectionner contre les cellules myélomateuses non fusionnées, les lymphocytes primaires meurent rapidement en culture et seules les cellules fusionnées survivent. Ceux-ci sont criblés pour la production de l'anticorps requis, généralement dans des pools pour commencer, puis après un clonage unique.

    Souches cellulaires Modifier

    Une souche cellulaire est dérivée soit d'une culture primaire soit d'une lignée cellulaire par la sélection ou le clonage de cellules ayant des propriétés ou des caractéristiques spécifiques qui doivent être définies. Les souches cellulaires sont des cellules qui ont été adaptées à la culture mais, contrairement aux lignées cellulaires, ont un potentiel de division fini. Les cellules non immortalisées cessent de se diviser après 40 à 60 doublements de population [28] et, après cela, elles perdent leur capacité à proliférer (un événement génétiquement déterminé connu sous le nom de sénescence). [29]

    La culture de masse de lignées cellulaires animales est fondamentale pour la fabrication de vaccins viraux et d'autres produits de la biotechnologie. La culture de cellules souches humaines est utilisée pour augmenter le nombre de cellules et différencier les cellules en divers types de cellules somatiques pour la transplantation. [30] La culture de cellules souches est également utilisée pour récolter les molécules et les exosomes que les cellules souches libèrent à des fins de développement thérapeutique. [31]

    Les produits biologiques produits par la technologie de l'ADN recombinant (ADNr) dans des cultures de cellules animales comprennent des enzymes, des hormones synthétiques, des produits immunobiologiques (anticorps monoclonaux, interleukines, lymphokines) et des agents anticancéreux. Bien que de nombreuses protéines plus simples puissent être produites en utilisant l'ADNr dans des cultures bactériennes, des protéines plus complexes qui sont glycosylées (modifiées en glucides) doivent actuellement être fabriquées dans des cellules animales. Un exemple important d'une telle protéine complexe est l'hormone érythropoïétine. Le coût de la culture de cultures de cellules de mammifères est élevé, c'est pourquoi des recherches sont en cours pour produire de telles protéines complexes dans des cellules d'insectes ou dans des plantes supérieures, l'utilisation de cellules embryonnaires uniques et d'embryons somatiques comme source de transfert direct de gènes via le bombardement de particules, l'expression de gènes de transit et l'observation en microscopie confocale est une de ses applications. Il propose également de confirmer l'origine unicellulaire des embryons somatiques et l'asymétrie de la première division cellulaire, qui déclenche le processus.

    La culture cellulaire est également une technique clé pour l'agriculture cellulaire, qui vise à fournir à la fois de nouveaux produits et de nouvelles façons de produire des produits agricoles existants comme le lait, la viande (cultivée), les parfums et la corne de rhinocéros à partir de cellules et de micro-organismes. Elle est donc considérée comme un moyen de parvenir à une agriculture sans animaux. C'est aussi un outil central pour l'enseignement de la biologie cellulaire. [32]

    Culture cellulaire en deux dimensions Modifier

    Les recherches en ingénierie tissulaire, en cellules souches et en biologie moléculaire portent principalement sur des cultures de cellules sur des boîtes plates en plastique. Cette technique est connue sous le nom de culture cellulaire bidimensionnelle (2D) et a été développée pour la première fois par Wilhelm Roux qui, en 1885, a retiré une partie de la plaque médullaire d'un poulet embryonnaire et l'a maintenue dans une solution saline chaude pendant plusieurs jours sur un verre plat. assiette. De l'avancée de la technologie des polymères est née la boîte en plastique standard d'aujourd'hui pour la culture cellulaire 2D, communément appelée boîte de Pétri. Julius Richard Petri, un bactériologiste allemand, est généralement crédité de cette invention alors qu'il travaillait comme assistant de Robert Koch. De nos jours, divers chercheurs utilisent également des flacons de laboratoire de culture, des coniques et même des sacs jetables comme ceux utilisés dans les bioréacteurs à usage unique.

    Outre les boîtes de Pétri, les scientifiques cultivent depuis longtemps des cellules dans des matrices d'origine biologique telles que le collagène ou la fibrine, et plus récemment, sur des hydrogels synthétiques tels que le polyacrylamide ou le PEG. Ils le font afin d'obtenir des phénotypes qui ne sont pas exprimés sur des substrats rigides conventionnellement. Il existe un intérêt croissant pour le contrôle de la rigidité matricielle, [33] un concept qui a conduit à des découvertes dans des domaines tels que :

    • Auto-renouvellement des cellules souches [34][35]
    • Spécification de la lignée [36]
    • Phénotype des cellules cancéreuses [37][38][39]
    • Fibrose [40][41]
    • Fonction hépatocytaire [42][43][44]
    • Mécanodétection [45][46][47]

    Culture cellulaire en trois dimensions Modifier

    La culture cellulaire en trois dimensions a été présentée comme la « nouvelle dimension de la biologie ». [48] ​​À l'heure actuelle, la pratique de la culture cellulaire reste basée sur des combinaisons variables de structures cellulaires uniques ou multiples en 2D. [49] Actuellement, il y a une augmentation de l'utilisation des cultures cellulaires 3D dans des domaines de recherche tels que la découverte de médicaments, la biologie du cancer, la médecine régénérative, l'évaluation des nanomatériaux et la recherche fondamentale en sciences de la vie. [50] [51] [52] Les cultures cellulaires 3D peuvent être cultivées à l'aide d'un échafaudage ou d'une matrice, ou sans échafaudage. Les cultures basées sur un échafaudage utilisent une matrice 3D acellulaire ou une matrice liquide. Les méthodes sans échafaudage sont normalement générées dans des suspensions. [53] Il existe une variété de plates-formes utilisées pour faciliter la croissance de structures cellulaires tridimensionnelles, y compris les systèmes d'échafaudage tels que les matrices d'hydrogel [54] et les échafaudages solides, et les systèmes sans échafaudage tels que les plaques à faible adhérence, la lévitation magnétique facilitée par les nanoparticules , [55] et des plaques de chute suspendues. [56] [57]

    Culture cellulaire 3D dans des échafaudages

    Eric Simon, dans un rapport de subvention NIH SBIR de 1988, a montré que l'électrofilage pouvait être utilisé pour produire des échafaudages fibreux en polystyrène et en polycarbonate à l'échelle nanométrique et submicronique spécifiquement destinés à être utilisés comme in vitro substrats cellulaires. Cette utilisation précoce de réseaux fibreux électrofilés pour la culture cellulaire et l'ingénierie tissulaire a montré que divers types de cellules, notamment les fibroblastes du prépuce humain (HFF), le carcinome humain transformé (HEp-2) et l'épithélium pulmonaire du vison (MLE) adhèrent et prolifèrent sur les fibres de polycarbonate. . Il a été noté que, contrairement à la morphologie aplatie généralement observée dans la culture 2D, les cellules cultivées sur les fibres électrofilées présentaient une morphologie tridimensionnelle arrondie plus histotypique généralement observée. in vivo. [58]

    Culture cellulaire 3D dans des hydrogels Modifier

    Comme la matrice extracellulaire naturelle (ECM) est importante dans la survie, la prolifération, la différenciation et la migration des cellules, différentes matrices de culture d'hydrogel imitant la structure naturelle de l'ECM sont considérées comme des approches potentielles de la culture cellulaire in vivo. [59] Les hydrogels sont composés de pores interconnectés avec une rétention d'eau élevée, ce qui permet un transport efficace de substances telles que des nutriments et des gaz. Plusieurs types différents d'hydrogels à partir de matériaux naturels et synthétiques sont disponibles pour la culture cellulaire 3D, y compris les hydrogels d'extraits d'ECM animale, les hydrogels de protéines, les hydrogels de peptides, les hydrogels polymères et les hydrogels de nanocellulose à base de bois.

    Culture cellulaire 3D par lévitation magnétique Modifier

    La méthode de culture cellulaire 3D par lévitation magnétique (MLM) est l'application de la croissance de tissus 3D en induisant des cellules traitées avec des assemblages de nanoparticules magnétiques dans des champs magnétiques variant dans l'espace à l'aide de conducteurs magnétiques au néodyme et en favorisant les interactions de cellule à cellule en faisant léviter les cellules jusqu'à l'air/ interface liquide d'une boîte de Pétri standard. Les assemblages de nanoparticules magnétiques se composent de nanoparticules magnétiques d'oxyde de fer, de nanoparticules d'or et du polymère polylysine. La culture cellulaire 3D est évolutive, avec la capacité de cultiver de 500 cellules à des millions de cellules ou d'une seule boîte aux systèmes à faible volume et à haut débit.

    Culture tissulaire et ingénierie Modifier

    La culture cellulaire est une composante fondamentale de la culture tissulaire et de l'ingénierie tissulaire, car elle établit les bases de la croissance et du maintien des cellules in vitro. La principale application de la culture de cellules humaines est dans l'industrie des cellules souches, où les cellules souches mésenchymateuses peuvent être cultivées et cryoconservées pour une utilisation future. L'ingénierie tissulaire offre potentiellement des améliorations spectaculaires dans les soins médicaux à faible coût pour des centaines de milliers de patients chaque année.

    Vaccins Modifier

    Les vaccins contre la polio, la rougeole, les oreillons, la rubéole et la varicelle sont actuellement fabriqués en cultures cellulaires. En raison de la menace de pandémie H5N1, la recherche sur l'utilisation de la culture cellulaire pour les vaccins contre la grippe est financée par le gouvernement des États-Unis. Les nouvelles idées dans le domaine incluent les vaccins à base d'ADN recombinant, comme celui fabriqué en utilisant l'adénovirus humain (un virus du rhume) comme vecteur, [60] [61] et de nouveaux adjuvants. [62]

    Culture cellulaire dans un dispositif microfluidique Modifier

    Outre la culture de lignées cellulaires immortalisées bien établies, les cellules d'explants primaires d'une pléthore d'organismes peuvent être cultivées pendant une période de temps limitée avant que la sénescence ne se produise (voir la limite de Hayflick). Les cellules primaires cultivées ont été largement utilisées dans la recherche, comme c'est le cas des kératocytes de poisson dans les études de migration cellulaire. [63] [32] [64]

    Méthodes de culture de cellules végétales Modifier

    Les cultures de cellules végétales sont typiquement cultivées sous forme de cultures en suspension cellulaire dans un milieu liquide ou sous forme de cultures de cals sur un milieu solide. La culture de cellules végétales indifférenciées et de cals nécessite un bon équilibre des hormones de croissance végétales auxine et cytokinine.

    Culture de cellules d'insectes Modifier

    Les cellules dérivées de Drosophila melanogaster (principalement les cellules de Schneider 2) peuvent être utilisées pour des expériences qui peuvent être difficiles à faire sur des mouches ou des larves vivantes, telles que des études biochimiques ou des études utilisant des siARN. Lignées cellulaires dérivées du ver légionnaire Spodoptera frugiperda, dont Sf9 et Sf21, et de la fausse-arpenteuse du chou Trichoplusia ni, les cellules High Five, sont couramment utilisées pour l'expression de protéines recombinantes à l'aide de baculovirus.

    Méthodes de culture des bactéries et des levures Modifier

    Pour les bactéries et les levures, de petites quantités de cellules sont généralement cultivées sur un support solide contenant des nutriments incorporés, généralement un gel tel que la gélose, tandis que les cultures à grande échelle sont cultivées avec les cellules en suspension dans un bouillon nutritif.

    Méthodes de culture virale Modifier

    La culture de virus nécessite la culture de cellules d'origine mammifère, végétale, fongique ou bactérienne comme hôtes pour la croissance et la réplication du virus. Des virus entiers de type sauvage, des virus recombinants ou des produits viraux peuvent être générés dans des types cellulaires autres que leurs hôtes naturels dans les bonnes conditions. Selon l'espèce du virus, l'infection et la réplication virale peuvent entraîner la lyse des cellules hôtes et la formation d'une plaque virale.


    Cœur

    Nos rédacteurs examineront ce que vous avez soumis et détermineront s'il faut réviser l'article.

    cœur, organe qui sert de pompe pour faire circuler le sang. Il peut s'agir d'un tube droit, comme chez les araignées et les annélides, ou d'une structure un peu plus élaborée avec une ou plusieurs chambres de réception (oreillettes) et une chambre de pompage principale (ventricule), comme chez les mollusques. Chez les poissons, le cœur est un tube plié, avec trois ou quatre zones élargies qui correspondent aux chambres du cœur des mammifères. Chez les animaux dotés de poumons – amphibiens, reptiles, oiseaux et mammifères – le cœur présente divers stades d'évolution d'une pompe simple à une double pompe qui fait circuler le sang (1) vers les poumons et (2) vers le corps dans son ensemble.

    Où se trouve le cœur dans le corps humain ?

    Chez l'homme, le cœur est situé entre les deux poumons et légèrement à gauche du centre, derrière le sternum. Il repose sur le diaphragme, la cloison musculaire entre le thorax et la cavité abdominale.

    De quoi est composé le mur du cœur ?

    Le cœur est constitué de plusieurs couches d'une paroi musculaire dure, le myocarde.Une fine couche de tissu, le péricarde, recouvre l'extérieur et une autre couche, l'endocarde, tapisse l'intérieur.

    Qu'est-ce qui fait battre le cœur ?

    Le pompage du cœur, ou le rythme cardiaque, est causé par l'alternance de contractions et de relaxations du myocarde. Ces contractions sont stimulées par des impulsions électriques provenant d'un stimulateur cardiaque naturel, le nœud sino-auriculaire, ou S-A, situé dans le muscle de l'oreillette droite.

    Que sont les bruits cardiaques ?

    Les bruits rythmiques qui accompagnent les battements cardiaques sont appelés bruits cardiaques. Les deux sons distincts sont entendus, un « lub » (premier son) faible et légèrement prolongé se produisant au début de la contraction ventriculaire ou de la systole et un « dup » plus aigu et plus aigu (deuxième son), provoqué par la fermeture de l'aorte et valves pulmonaires en fin de systole.

    Chez l'homme, les autres mammifères et les oiseaux, le cœur est une double pompe à quatre chambres qui est le centre du système circulatoire. Chez l'homme il est situé entre les deux poumons et légèrement à gauche du centre, derrière le sternum il repose sur le diaphragme, la cloison musculaire entre le thorax et la cavité abdominale.

    Le cœur est constitué de plusieurs couches d'une paroi musculaire dure, le myocarde. Une fine couche de tissu, le péricarde, recouvre l'extérieur et une autre couche, l'endocarde, tapisse l'intérieur. La cavité cardiaque est divisée au milieu en un cœur droit et un cœur gauche, qui à leur tour sont subdivisés en deux chambres. La chambre supérieure est appelée oreillette (ou oreillette) et la chambre inférieure est appelée ventricule. Les deux oreillettes agissent comme des chambres de réception pour le sang entrant dans le cœur, les ventricules les plus musclés pompent le sang hors du cœur.

    Le cœur, bien qu'étant un seul organe, peut être considéré comme deux pompes qui propulsent le sang à travers deux circuits différents. L'oreillette droite reçoit le sang veineux de la tête, de la poitrine et des bras via la grosse veine appelée veine cave supérieure et reçoit le sang de l'abdomen, de la région pelvienne et des jambes via la veine cave inférieure. Le sang passe ensuite par la valve tricuspide vers le ventricule droit, qui le propulse à travers l'artère pulmonaire vers les poumons. Dans les poumons, le sang veineux entre en contact avec l'air inhalé, absorbe de l'oxygène et perd du dioxyde de carbone. Le sang oxygéné est renvoyé dans l'oreillette gauche par les veines pulmonaires. Les valves du cœur permettent au sang de circuler dans une seule direction et aident à maintenir la pression requise pour pomper le sang.

    Le circuit basse pression du cœur (oreillette droite et ventricule droit), à travers les poumons, et retour vers le cœur (oreillette gauche) constitue la circulation pulmonaire. Le passage du sang à travers l'oreillette gauche, la valve bicuspide, le ventricule gauche, l'aorte, les tissus du corps et le retour vers l'oreillette droite constitue la circulation systémique. La pression artérielle est la plus élevée dans le ventricule gauche et dans l'aorte et ses branches artérielles. La pression est réduite dans les capillaires (vaisseaux d'un diamètre minuscule) et est encore réduite dans les veines qui renvoient le sang vers l'oreillette droite.

    Le pompage du cœur, ou le rythme cardiaque, est causé par une alternance de contractions et de relaxations du myocarde. Ces contractions sont stimulées par des impulsions électriques provenant d'un stimulateur cardiaque naturel, le nœud sino-auriculaire, ou S-A, situé dans le muscle de l'oreillette droite. Une impulsion du nœud S-A provoque la contraction des deux oreillettes, forçant le sang dans les ventricules. La contraction des ventricules est contrôlée par les impulsions du nœud auriculo-ventriculaire, ou A-V, situé à la jonction des deux oreillettes. Après la contraction, les ventricules se relâchent et la pression à l'intérieur diminue. Le sang coule à nouveau dans les oreillettes et une impulsion du S-A recommence le cycle. Ce processus est appelé cycle cardiaque. La période de relaxation est appelée diastole. La période de contraction est appelée systole. La diastole est la plus longue des deux phases afin que le cœur puisse se reposer entre les contractions. En général, le rythme cardiaque varie en raison inverse de la taille de l'animal. Chez les éléphants, il fait en moyenne 25 battements par minute, chez les canaris environ 1 000. Chez l'homme le taux diminue progressivement de la naissance (lorsqu'il est en moyenne de 130) à l'adolescence mais augmente légèrement avec la vieillesse le taux moyen adulte est de 70 battements au repos. Le taux augmente temporairement pendant l'exercice, l'excitation émotionnelle et la fièvre et diminue pendant le sommeil. La pulsation rythmique ressentie sur la poitrine, coïncidant avec les battements du cœur, est appelée battement du sommet. Elle est causée par la pression exercée sur la paroi thoracique au début de la systole par la paroi ventriculaire arrondie et durcie.

    Les bruits rythmiques qui accompagnent les battements cardiaques sont appelés bruits cardiaques. Normalement, deux sons distincts sont entendus à travers le stéthoscope : un « lub » (premier son) faible et légèrement prolongé se produisant au début de la contraction ventriculaire, ou systole, et produit par la fermeture des valves mitrale et tricuspide, et un son plus aigu et plus élevé. -un « dup » (deuxième son) aigu, causé par la fermeture des valves aortique et pulmonaire en fin de systole. Parfois audible dans les cœurs normaux est un troisième son doux et grave coïncidant avec la diastole précoce et pensé pour être produit par les vibrations de la paroi ventriculaire. Un quatrième son, se produisant également pendant la diastole, est révélé par des méthodes graphiques mais est généralement inaudible chez les sujets normaux. On pense qu'il est le résultat de la contraction auriculaire et de l'impact du sang expulsé des oreillettes contre la paroi ventriculaire.

    Les « murmures » cardiaques peuvent être facilement entendus par un médecin sous forme de légers sifflements ou sifflements qui suivent les sons normaux de l'action cardiaque. Les murmures peuvent indiquer que le sang s'écoule à travers une valve imparfaitement fermée et peuvent signaler la présence d'un problème cardiaque grave. La maladie coronarienne, dans laquelle un apport insuffisant de sang riche en oxygène est délivré au myocarde en raison du rétrécissement ou de l'obstruction d'une artère coronaire par des plaques graisseuses, est l'une des principales causes de décès dans le monde.

    Les rédacteurs de l'Encyclopaedia Britannica Cet article a été récemment révisé et mis à jour par Adam Augustyn, rédacteur en chef, Reference Content.


    Système respiratoire

    L'appareil ventilatoire (respiration), les poumons et les structures associées sont étroitement liés au système circulatoire. La ventilation chez les mammifères est unique. Les poumons eux-mêmes sont moins efficaces que ceux des oiseaux, car le mouvement de l'air consiste en un flux et reflux, plutôt qu'un circuit à sens unique, de sorte qu'il reste toujours un volume d'air résiduel qui ne peut pas être expiré. La ventilation chez les mammifères se fait au moyen d'une pompe à pression négative rendue possible par l'évolution d'une cavité thoracique définitive avec un diaphragme.

    Le diaphragme est une structure composite unique constituée (1) du septum transverse (une paroi qui sépare primitivement le cœur des viscères généraux) (2) des plis pleuropéritonéaux de la paroi corporelle (3) des plis mésentériques et (4) des muscles axiaux s'insérant sur un tendon central, ou aponévrose diaphragmatique.

    Les poumons se trouvent dans des compartiments hermétiques séparés appelés cavités pleurales, séparés par le médiastin. Au fur et à mesure que la taille de la cavité pleurale augmente, le poumon se dilate et l'air s'écoule passivement. L'élargissement de la cavité pleurale est produit par la contraction du diaphragme ou par l'élévation des côtes. Le diaphragme détendu est bombé vers le haut, mais lorsqu'il est contracté, il s'étire à plat. L'expiration est un mouvement actif provoqué par la contraction des muscles abdominaux contre les viscères.

    L'air pénètre généralement dans les voies respiratoires par les narines, où il peut être réchauffé et humidifié. Il passe au-dessus du palais osseux et du palais mou et pénètre dans le pharynx. Dans le pharynx, les passages pour l'air et la nourriture se croisent. L'air pénètre dans la trachée qui se divise au niveau des poumons en bronches primaires. Un trait caractéristique de la trachée de nombreux mammifères est le larynx. Les cordes vocales s'étendent à travers le larynx et sont vibrées par expiration forcée pour produire un son. L'appareil laryngé peut être fortement modifié pour la production de vocalisations complexes. Dans certains groupes, par exemple les singes hurleurs, l'appareil hyoïde est incorporé dans l'organe producteur de son, en tant que chambre de résonance.


    Filtration glomérulaire

    La filtration glomérulaire filtre la plupart des solutés dus à l'hypertension artérielle et aux membranes spécialisées de l'artériole afférente. La pression artérielle dans le glomérule est maintenue indépendamment des facteurs qui affectent la pression artérielle systémique. Les connexions « fuyantes » entre les cellules endothéliales du réseau capillaire glomérulaire permettent aux solutés de passer facilement. Tous les solutés dans les capillaires glomérulaires, à l'exception des macromolécules comme les protéines, passent à travers par diffusion passive. Il n'y a pas de besoin énergétique à ce stade du processus de filtration. Taux de filtration glomérulaire (DFG) est le volume de filtrat glomérulaire formé par minute par les reins. Le DFG est régulé par de multiples mécanismes et est un indicateur important de la fonction rénale.


    Voir la vidéo: La Biologie du coup de foudre (Septembre 2022).


Commentaires:

  1. Thorpe

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  2. Nilkree

    C'est dommage, mais il faut parfois changer de mode de vie. Et écrivez des messages aussi compétents.

  3. Jukora

    Je suis entièrement d'accord avec l'auteur

  4. Oswine

    Je partage pleinement son point de vue. Dans ce rien là, et je pense que c'est une bonne idée. Entièrement d'accord avec elle.

  5. Faezragore

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  7. Andres

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