Les sciences de la vie: de la molécule aux applications ...duprat/documents/cours... · Fabrice...
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Fabrice DUPRAT 1
Dr Fabrice DUPRAT
Institut de Pharmacologie Moléculaire et Cellulaire
MASTER MAPI, 2010
Les sciences de la vie:
de la molécule aux applications sociétales
Fabrice DUPRAT 2
Qu'est-ce qu'une protéine ?
A quoi sert la thérapie génique ?
Comprendre les pôles de compétitivité en SDV
Qu'est-ce qu'une bactérie ?
Pourquoi faire des sciences de la vie ?
Fabrice DUPRAT 3
Quelques chiffres …
+300 chercheurs, 50 laboratoires
(INSERM, CNRS, INRA, CEA, UNSA)
CA >2 milliards €
> 250 sociétés
> 10000 emplois
Côte d'Azur:
1 des 5 cancéropoles à Nice
1 des 3 génopoles à Sophia
CHU: 6500 employés (1er employeur du 06)
Fabrice DUPRAT 4
Industries et services des Alpes Maritimes
A-PHARMACONSULT
AMO France SAS
AGA MEDICAL
AGILENT TECHNOLOGIES
AIR LIQUIDE
ALFAMED
ALLERGAN France
AMITIS
ARKOPHARMAASEPTA LABORATOIRES
BAYER CROPSCIENCECLL PHARMA
CODAN France
COOPERVISION
CORADIN
CPCAD
DERMOTECHNIC
DKZ France Créations
DOW AGROSCIENCESDOW AGROSCIENCES DISTRIBUTION
DOW AGROSCIENCES EXPORT
EA PHARMA
EUROPHTA
FMS – Future Medical Systems
GALDERMA R&DGENACTIS
HORUS PHARMA
IMMUNOSEARCH
INTEGRA NEUROSCIENCES IMPLANTS
IRIS PHARMA
KAERYS
LA MESTA CHIMIE FINE - GROUPE AET
LABORATOIRE ELAIAPHARM
LABORATOIRE FERRIER
Laboratoire PHYTALLIANCE YD COSMETICS
LABORATOIRE VETERINAIRE DEPARTEMENTAL
LABORATOIRES ARION
LABORATOIRES BOIRON
LABORATOIRES GENEVRIERLABORATOIRES PHAGOGENE & DEC AZUR
LABORATOIRES SOPHILENE
LIMA France
LPG SYSTEMS
LUXCLEAR PHARMA
MANEMEDIAN TECHNOLOGIES
MEDICAPTEURS France
MXM
NEURELEC
NICOX
NIXE
NUSIL TECHNOLOGY EUROPE
NUTREVA
OCTALIA TECHNOLOGIES
OPHTALMIS
ORTHOMED SA
PARALLEL DESIGN
QUANTIFICARE
ROHM AND HAAS France
SKINETHICSKINPHARMA
SO.F.I.A COSMETIQUES
SOCIETE EUROPEENNE DE CARDIOLOGIE
STERLAB
STRYKER EMEA
SUPRALOG
SYNOPTIC
TELEMAQ
THERAMEXTRAUMA CARE INSTITUTE - STRYKER TRAUMA & AIOD
TXCELL
VENOME TECH
VIBRANT MED-EL HEARING TECHNOLOGY
VINCIENCE – ISP
VIRBAC
Fabrice DUPRAT 5
Objectifs de ce cours
Comprendre les grands concepts.
Acquérir un vocabulaire de base.
Projets multidisciplinaires à forte valeur ajoutée.
Informatique
Electronique
Optique
Matériaux
Télécom
Etc …
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Plan du cours
QU'EST-CE QU'UN ETRE VIVANT ?
LE MONDE DE L’INFINIMENT PETITDe la population à la celluleCellules animale, bactérienne, végétale
CONCLUSION
APPLICATIONS
Environnement, toxicologie, pôles de compétitivité
EVOLUTION DES ESPECESOrigine de la vie
BIOLOGIE CELLULAIREDivision cellulaire, cultures cellulaires
LES MOLECULES DU VIVANTEau, lipides, glucides, ions, protéine, acides nucléiques
ADN-ARN-PROTEINESGènes, génétique, biologie moléculaire, puces à ADN
Fabrice DUPRAT 7
QU'EST-CE QU'UN
ETRE VIVANT ?
Fabrice DUPRAT 8
Définitions
Larousse:
"Ensemble des phénomènes (nutrition, assimilation, croissance, reproduction...)
communs aux êtres organisés et qui constituent leur mode d'activité propre,
de la naissance à la mort."
"Un organisme est dit vivant lorsqu'il échange de la matière et de l'énergie
avec son environnement en conservant son autonomie,
lorsqu'il se reproduit et évolue par sélection naturelle".
Reproduction de bactérie
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L'ensemble diffère de la somme des parties
Sodium (métal)
Na
Chlore gazeux
Cl
Chlorure de sodium
NaCl
= Emergence
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EVOLUTION DES
ESPECES
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L’origine de la vie
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L'origine de la vie
Méthane
Dioxyde de carbone
Ammoniaque
Azote
Hydrogène
Eau
Acides aminés
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Evolution des espèces
5 règnes
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Evolution des espèces
5 règnes
Monères
bacille
10 000 espèces
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Evolution des espèces
5 règnes
Protistes
60 000
Algues
Amibes
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Evolution des espèces
5 règnes
Végétaux
166 000
Tabac
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Evolution des espèces
5 règnes
Mycètes
100 000
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Evolution des espèces
5 règnes
Animaux
1 500 000
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Le jeux des fœtus et embryons animaux
SourisPoulet XenopeHumain Chat
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LE MONDE DE
L’INFINIMENT PETIT
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Population
Des ions aux populations
Cellule
Molecule
Ion
Organelle
Tissu
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Population
Des ions aux populations
Population
Organisme
OrganeSystème
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Biomes
Biomes = zones avec un climat, un relief similaire + les mêmes populations
d'animaux et de végétauxhttp://www.windows.ucar.edu/tour/link=/earth/Life/biosphere.html
Ecosystème = plusieurs organismes interdépendants (plantes,
animaux , …) dans une zone géographique définie.
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Dimensions en biologie
Oeil
Hauteur d'un humain
Longueur de certains neurones
Insectes
BactérieNoyau
Mitochondrie
VirusRibosomes
Protéines
Lipides
Ions
Structures du cerveau
Cellule
Loupe binoculaire
(x2 to x60)
Microscope photonique
(x20 to x1000)
Microscope électronique
Microscope à Force atomique (AFM)= 1 Å
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La cellule animale
Seeley "Anatomy & Physiology", Mc Graw-Hill
Mitochondrie
Ribosomes
Noyau
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Le noyau
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La cellule bactérienne
Fabrice DUPRAT 28
La cellule végétale
Fabrice DUPRAT 29
La biologie =
interactions de quelques protéines
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LES MOLECULES
DU VIVANT
Fabrice DUPRAT 31
L'eau
= 99% H2O
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Hydratation du NaCl
L'hydratation permet de nombreuses réactions biochimiques
Propriétés étonnantes de l’eau
Forte tension de surface
Excellent solvant
Permet à l’eau de circuler dans les racines
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Propriétés étonnantes de l’eau
Haute chaleur spécifique
Haute chaleur de vaporisation
L’évaporation rafraîchit
L’eau stabilise les variations de température
Expansion lors de la congélation
Les plans d’eau ne gèlent pas entièrement
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Les lipides (graisses)
Rôles: Membranes, Signalisation, …Bicouches
Alimentation: produits laitiers, graines, huiles
Micelles
Liposomes
Acides gras
Structures:
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La membrane plasmique
25.10-9m
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Radeaux lipidiques
Fabrice DUPRAT 37
Les glucides (sucres)
Alimentation: fruits, légumes, pain, …
Rôles: Structure, énergie, signalisation, …
Structures:
Fabrice DUPRAT 38
La chitine, glucide de structure
Cigale
Bernard l’hermite
Fabrice DUPRAT 39
Les ions
Rôle: signalisation, catalyse, …
Alimentation: eau minérale, légumes
Fabrice DUPRAT 40
Perméabilité de la membrane plasmique
Fabrice DUPRAT 41
Les protéines (protides)
Alimentation: viande, poisson
Structure: "collier" d’acides aminés
Fabrice DUPRAT 42
Enzymes, des protéines pour la catalyse
Fabrice DUPRAT 43
Protéines de structure: toile d’araignée
Fabrice DUPRAT 44
Réaction agoniste-récepteur
= la base du mode d'action des médicaments
Arkin et al. (2003) PNAS
Fabrice DUPRAT 45
ATP (Adenosine Tri Phosphate)
Sucres
Acides aminés
Acides gras Acetyl coA
Cycle de KrebsATP
Fabrice DUPRAT 46
Cytosquelette: réseau d'actine
Fabrice DUPRAT 47
Protéine de structure: microtubules
Fabrice DUPRAT 48
Réseau de microtubules
Fabrice DUPRAT 49
Microtubules et actine
Fabrice DUPRAT 51
Acides nucléiques
Adenine
Adenosine
Fabrice DUPRAT 52
L'AXE
ADN-ARN-PROTEINE
Fabrice DUPRAT 53
L'axe ADN-ARN-Protéines
ADNA
|
T
|
T
|
G
|
G
|
C
|
G
|
C
|
T
|
G
|
T
T
|
A
|
A
|
C
|
C
|
G
|
C
|
G
|
A
|
C
|
A
25 µm
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L'axe ADN-ARN-ProtéinesADN
|
T
|
G
|
T
T
|
A
|
A
|
C
|
C
|
G
|
C
|
G
|
A
|
C
|
A
ARNm
A
|
U
|
U
|
G
|
G
|
A
|
U
|
U
|
G
|
G
|
C
|
G
|
C
|
U
|
G
|
U
Fabrice DUPRAT 55
L'axe ADN ARN ProteinesARNmA
|
U
|
U
|
G
|
G
|
C
|
G
|
C
|
U
|
G
|
U
|
Isoleucine
Cystéine
Tryptophane
Tyrosine
Acides aminésProtéine
Seeley "Anatomy & Physiology", Mc Graw-Hill
ribosome
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Transcription et traduction en animations
http://www-class.unl.edu/biochem/gp2/m_biology/animation/gene/gene_a2.html
Transcription
1. http://www-class.unl.edu/biochem/gp2/m_biology/animation/gene/gene_a3.html
1. Traduction
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Synthèse protéique et réticulum endoplasmique
Fabrice DUPRAT 58
Appareil de Golgi
Fabrice DUPRAT 59
Génétique selon MendelCaryotype
Couleur
yeux
Couleur
plumes
Groupe
sanguin
Grégor Mendel (1822-1884)
Fabrice DUPRAT 60
Couleur des plumes
Mère Père
Fabrice DUPRAT 61
Groupes sanguins
50% 50%
OA
Père
B O
Mère
AA O OOB B O
25% 25% 25% 25%
Fabrice DUPRAT 62
Biochimie et
évolution
L’hémoglogine
>Rattus norvegicus
ACATTCTCCTTCTGATAGACTCAGGAAGCAATCATGGTGCTCTCTGCAGATGACAAAACCAACATCAAGAACTGCTGGGGG
AAGATTGGTGGCCATGGTGGTGAATATGGCGAGGAGGCCCTACAGAGGATGTTCGCTGCCTTCCCCACCACCAAGACCTAC
TTCTCTCACATTGATGTAAGCCCCGGCTCTGCCCAGGTCAAGGCTCACGGCAAGAAGGTTGCTGATGCCTTGGCCAAAGCTG
CAGACCACGTCGAAGACCTGCCTGGTGCCCTGTCCACTCTGAGCGACCTGCATGCCCACAAACTGCGTGTGGATCCTGTCAA
CTTCAAGTTCCTGAGCCACTGCCTGCTGGTGACCTTGGCTTGCCACCACCCTGGAGATTTCACACCCGCCATGCACGCCTCTC
TGGACAAATTCCTTGCCTCTGTGAGCACTGTGCTGACCTCCAAGTACCGTTAAGCCGCCTCCTGCCGGGCTTGCCTTCTGACC
AGGCCCTTCTTCCCTCCCTTGCACCTATACCTCTTGGTCTTTGAATAAAGCCTGAGTAGGAAGC*
>Mus musculus
CACTTCTGATTCTGACAGACTCAGGAAGAAACCATGGTGCTCTCTGGGGAAGACAAAAGCAACATCAAGGCTGCCTGGGGG
AAGATTGGTGGCCATGGTGCTGAATATGGAGCTGAAGCCCTGGAAAGGATGTTTGCTAGCTTCCCCACCACCAAGACCTAC
TTTCCTCACTTTGATGTAAGCCACGGCTCTGCCCAGGTCAAGGGTCACGGCAAGAAGGTCGCCGATGCGCTGGCCAGTGCTG
CAGGCCACCTCGATGACCTGCCCGGTGCCTTGTCTGCTCTGAGCGACCTGCATGCCCACAAGCTGCGTGTGGATCCCGTCAA
CTTCAAGCTCCTGAGCCACTGCCTGCTGGTGACCTTGGCTAGCCACCACCCTGCCGATTTCACCCCCGCGGTACATGCCTCTC
TGGACAAATTCCTTGCCTCTGTGAGCACCGTGCTGACCTCCAAGTACCGTTAAGCTGCCTTCTGCGGGGCTTGCCTTCTGGCC
ATGCCCTTCTTCTCTCCCTTGCACCTGTACCTCTTGGTCTTTGAATAAAGCCTGAGTAGGAAGAAGCCTGCA*
Fabrice DUPRAT 63
Application: Thérapie géniqueGène d'intérêt
Transfert
Production
dans un vecteur
Fabrice DUPRAT 64
Hormones
Fabrice DUPRAT 65
BIOLOGIE
CELLULAIRE
Fabrice DUPRAT 66
Matrice extracellulaire
Fabrice DUPRAT 67
Division cellulaire
Fabrice DUPRAT 68
Division cellulaire
InterphaseEarly prophaseMiddle prophaseLate prophase
Metaphase
(caryotype)
AnaphaseLate anaphaseTelophase
Fabrice DUPRAT 69
Inhibition de contact
Cancer
Fabrice DUPRAT 70
Apoptose ou Mort programmée de la cellule
http://www.biooncology.com/bioonc/research/apoptosis/index.m
Fabrice DUPRAT 71
Système nerveux central
Cerveau
+
Moelle épinière
Fabrice DUPRAT 72
Système nerveux périphérique
Fabrice DUPRAT 73
Système cardio-vasculaire
Fabrice DUPRAT 74
Vaisseaux sanguins
74
Fabrice DUPRAT 75
Système lymphatique
75
Retour dans les veines :- jugulaire - sous-claviaire gauche
Fabrice DUPRAT 76
Migration des lymphocytes
Greenwood Vasc Pharm 2002
Fabrice DUPRAT 77
Transmigration des leucocytes
Fabrice DUPRAT 78
OUTILS DE LABORATOIRE
Fabrice DUPRAT 79
Enzymes de restriction
Fabrice DUPRAT 80
Mutagenese et modèle de souris
http://wwwold.hgu.mrc.ac.uk/Research/Devgen/Cysfib/julia.htm
Fabrice DUPRAT 81
Cultures primaires
Neurones de ganglion de la racine dorsale de souris
Fabrice DUPRAT 82
Anticorps et imagerie
Fabrice DUPRAT 83
Cultures primaires
Anticorps fluorescents sur striatum de souris
Fabrice DUPRAT 84
Lignée immortalisée (HELA)
Fabrice DUPRAT 85
APPLICATIONS
Fabrice DUPRAT 86
Substitut d'organe: Peau humaine artificielle
Mélanocytes
Kératinocytes
http://www.invitroskin.com
Fabrice DUPRAT 87
Espérance de vie en France
http://www.insee.fr/
68 ans
83 ans
+15 ans
Fabrice DUPRAT 88
Environnement
Dénitrification de l'eau (bactéries)
Fabrice DUPRAT 89
Indices biologiques normalisés
Détermination normalisée de la faune et de la flore des milieux aquatiques
Fabrice DUPRAT 90
Industrie alimentaire
Fermentations (alcools, panification, biscuiterie, choucroute)
Clarification des jus de fruit, hydrolyse des pectines (polysaccharides)
Fabrice DUPRAT 91
VIRUS A BACTERIES: LES PHAGES
Fabrice DUPRAT 92
Cycle intracellulaire de Listeria monocytogenes
Propagation cellule-cellule
entrée
Nuage
d’actine
Queue en comète
Echappement
Portnoy D A et al. J Cell Biol 2002;158:409-414
Fabrice DUPRAT 93
CONCLUSION
Fabrice DUPRAT 94
SCIENCES DE LA VIE
Secteur économique d'avenir
Haute valeur ajoutée, très technologique
Nécessite de gros moyens financiers et humain
Il y a un besoin de savoir-faire très multidisciplinaire
Fabrice DUPRAT 95
http://cellimagelibrary.org/home
Fabrice DUPRAT 96
The inner life of the cell
Harvard University Biovisions
http://aimediaserver.com/studiodaily/harvard/harvard.swf