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Perturbation du génome, cancérisation et antibiotiques

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Introduction :

Certaines maladies comme la mucoviscidose sont dues à des mutations génétiques et sont transmises par hérédité. Certaines maladies en revanche peuvent apparaître en raison d’une modification du génome au cours de la vie d’un individu. C’est le cas des cancers, dont les caractéristiques seront vues dans une première partie.

Par ailleurs, les mutations ne sont pas le propre de l’Homme. Chez les bactéries, des mutations leur permettent de devenir résistantes aux antibiotiques. Ce cours permettra d’en voir le fonctionnement et les modalités dans une deuxième partie.

Le cancer

Caractéristiques d’un cancer

Le corps est composé de différents tissus. Ces derniers sont constitués d’un amas de plusieurs cellules. Pour créer un tissu, le renouveler ou le réparer, les cellules vont se multiplier : c’est la multiplication cellulaire.

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Exemple

Par exemple, lorsque on se coupe au doigt, la cicatrisation fait appel à la multiplication cellulaire. Une cellule va d’abord grandir, c’est ce que l’on appelle la croissance cellulaire, puis elle va se diviser en deux cellules filles identiques.

La multiplication cellulaire La multiplication cellulaire

Dans le cas d’un cancer, il va y avoir une multiplication anormale de cellules. Il y a au départ un tissu sain. Une des cellules de ce tissu sain va subir une mutation.

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Définition

Mutation :

Une mutation est une modification de la séquence des nucléotides de l’ADN d’un gène.

  • Cette cellule mutée va alors se multiplier de façon anormale. Il en résulte un tissu qui possède un nombre trop élevé de cellules qui ont toutes une morphologie normale. Dans le stade suivant, les cellules deviennent cancéreuses : elles perdent leur morphologie, résultant de la perte de leurs fonctions initiales.

  • Le développement de ces cellules se fait de manière anarchique dans le tissu. L’organe touché grossit et on peut voir apparaître une tumeur dite bénigne. Dans le stade suivant, la tumeur pénètre dans un nouveau tissu, qui n’est pas son tissu d’origine. Elle devient alors invasive, et on parle de tumeur maligne.

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Définition

Tumeur :

Une tumeur est un amas de cellules issu de la prolifération indéfinie et incontrôlée de cellules cancéreuses.

  • Lors du dernier stade, les cellules cancéreuses pénètrent la circulation sanguine et lymphatique. Elles vont alors pouvoir envahir d’autres organes. On parle alors de métastases et de cancer métastasique. Les cellules cancéreuses vont également stimuler la formation de nouveaux vaisseaux sanguins pour permettre leur croissance.

Développement de cellules cancéreuses Développement de cellules cancéreuses

Des études ont permis de comparer des propriétés de cellules normales et de cellules cancéreuses métastasiques. Il en résulte que les cellules saines n’ont pas la capacité de se diviser de façon indéfinie dans une boîte de pétri ni de migrer dans les tissus après injection (sur une souris par exemple), contrairement aux cellules cancéreuses métastasiques. Ces dernières ne connaissent pas d’inhibition de la division cellulaire au contact des cellules voisines, contrairement aux cellules saines.

On peut alors se demander pourquoi ces cellules cancéreuses prolifèrent d’une manière anarchique et comment est régulée la multiplication cellulaire en temps normal.

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À retenir

La prolifération d’une cellule dépend de signaux extérieurs qui proviennent des autres cellules du tissu. Cela permet son équilibre et son maintien. Ces signaux sont portés par des facteurs de croissance comme par exemple le facteur de croissance EGF qui active la prolifération des cellules épithéliales. Comme

Le schéma suivant montre que les facteurs de croissance vont se fixer sur le récepteur, situé sur la membrane de la cellule. La protéine RAS s’active alors, et permet la transcription de gènes induisant des divisions cellulaires.

La prolifération d’une cellule dépend de signaux extérieurs La prolifération d’une cellule dépend de signaux extérieurs

Chaque cellule connaît différentes étapes pour donner deux cellules filles : c’est le cycle cellulaire. C’est au niveau de ce cycle que la prolifération est contrôlée. Le cycle cellulaire comprend 4 phases :

  • la première phase, appelée phase G1 est la phase de croissance cellulaire ;
  • à la deuxième phase, appelée phase S, il y a duplication de l’ADN ;
  • à la troisième phase, la phase G2, la cellule se prépare à la division cellulaire ;
  • à la quatrième phase, la phase M, il y a division cellulaire.

Si les signaux et donc la concentration en facteurs de croissance le permettent, la cellule peut alors recommencer un cycle cellulaire. Des points de contrôle se situent au niveau de chaque phase du cycle et indiquent à la cellule si elle peut passer à la phase suivante ou pas.

En fin de phase G1, le premier point de contrôle, appelé point de restriction est contrôlé par la protéine Rb.

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À retenir

S’il y a des signaux de prolifération suffisamment importants, la protéine Rb est inactivée et la cellule entre dans un nouveau cycle cellulaire. Par contre, si les signaux de prolifération ne sont pas assez importants pour inhiber la protéine Rb, la cellule ne peut pas se multiplier.

Le cycle cellulaire est contrôlé par des gènes dits « suppresseurs de tumeurs » ou « anti-oncogènes ». Ces gènes empêchent les cellules de trop se développer. La protéine Rb est un gène suppresseur de tumeurs.

Cycle cellulaire détaillé Cycle cellulaire détaillé

Il existe dans les cellules un mécanisme qui empêche la multiplication de cellules mutées qui peuvent entraîner un cancer. Lorsqu’il y a un dommage sur l’ADN, un détecteur de dommages va l’identifier. La protéine p53 entre alors en jeu.

Si l’ADN peut être réparé, la protéine p53 active les points de contrôle et le cycle cellulaire est arrêté le temps de la réparation. Une fois l’ADN de nouveau conforme, les points de contrôles sont désactivés et le cycle cellulaire reprend.

Fonctionnement de la protéine p53 Fonctionnement de la protéine p53

Si les dommages de l’ADN ne sont pas réparables, la protéine p53 provoque la mort cellulaire programmée appelée aussi apoptose.

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À retenir

Les cellules cancéreuses ont acquis, suite à différentes mutations, la possibilité de contourner ces systèmes qui protègent l’organisme de la prolifération de cellules cancéreuses.

Elles peuvent sécréter elles-mêmes le facteur de croissance pour inactiver la protéine Rb, ce qui leur permet de se multiplier très rapidement. De plus, elles peuvent inactiver la protéine p53 afin de permettre la multiplication de cellules mutées.

Les agents mutagènes

Les cellules cancéreuses proviennent d’une accumulation de mutations sur des cellules somatiques.

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Définition

Agents mutagènes :

Les agents mutagènes sont des agents physiques ou chimiques qui augmentent la fréquence de mutation.

L’agent mutagène le plus important se trouve dans le tabac. En effet, le risque d’avoir un cancer du poumon est proportionnel au nombre de cigarettes consommées par jour. L’agent mutagène contenu dans une cigarette est le benzopyrène qui, au niveau de l’ADN, transforme une paire de bases GC en une paire de bases TA.

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Astuce

Il existe de nombreux agents mutagènes, comme les UV ou les radiations.

Certains virus peuvent également être associés au développement de cancers. C’est le cas du papillomavirus qui peut aboutir à un cancer du col de l’utérus chez la femme. Néanmoins, il existe aujourd’hui un vaccin administré aux jeunes filles qui protège de l’infection due au papillomavirus.
La prévention de ce cancer consiste en la réalisation de frottis du col de l’utérus tous les 3 ans, ce qui permet de déceler des lésions précancéreuses.

Les antibiotiques

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Définition

Antibiotiques :

Les antibiotiques sont des molécules capables de tuer ou d’inhiber le développement de bactéries.

Leurs modes d’actions sont variés, et ils sont utilisés en médecine. Pour savoir quel antibiotique sera efficace au vu de la bactérie responsable de la maladie, on utilise un antibiogramme. Pour cela, on étale sur une boite de pétri une culture de la bactérie concernée et on y dispose des disques imbibés des différents antibiotiques à tester. La boîte de pétri est alors incubée pendant 24 h à 37 °C. L’exemple ci-dessous permet de voir que l’antibiotique 1 ne fonctionne pas et que le 3 fonctionne mieux que le 2 et le 4.

Antibiogramme Antibiogramme

  • Le slogan de campagne de la Caisse nationale d’assurance maladie est « les antibiotiques, c’est pas automatique ». Cette campagne a vu le jour à la suite d’un constat : la résistance aux antibiotiques est en augmentation suite à leur utilisation abusive.

Des études ont permis de remarquer que dans les 10 ans qui suivent la mise sur le marché d’un nouvel antibiotique, des résistances apparaissent.

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Exemple

La France connaît aujourd’hui un taux de résistance aux antibiotiques élevé. Elle est suivie de l’Espagne, du Portugal et de l’Italie. Les pays du nord de l’Europe sont moins concernés par ce problème.

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À retenir

La résistance aux antibiotiques provient de mutations aléatoires que subissent des bactéries.

N’importe quelle population de bactéries subit des mutations aléatoires. Cependant, dans un milieu qui contient un antibiotique, les bactéries mutées résistantes vont avoir un avantage sélectif sur les bactéries non mutées et donc non résistantes. C’est la sélection naturelle.

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Exemple

Le schéma ci-dessous montre une population de bactéries dans un milieu sans antibiotique. À la génération G1, une bactérie subit une mutation qui la rend résistante. À la génération G2, il y a toujours une petite proportion de bactéries mutées, de même qu’à la génération G3.

Au sein d’une population de bactéries dans un milieu avec antibiotique, on peut voir qu’une mutation intervient et une petite quantité de bactéries devient résistante. À la génération G2, après introduction de l’antibiotique, les bactéries non résistantes vont être éliminées, si bien qu’il ne reste presque que des bactéries résistantes. À la génération G3, les bactéries résistantes se sont multipliées et leur proportion augmente dans le milieu.

Étude d’une population de bactéries dans un milieu avec antibiotiques et un milieu sans antibiotiques Étude d’une population de bactéries dans un milieu avec antibiotiques et un milieu sans antibiotiques

Cet exemple explique donc pourquoi il faut éviter d’utiliser des antibiotiques lorsque cela n’est pas nécessaire (en cas d’infection virale par exemple), et dans la posologie préconisée par le médecin.

Conclusion :

Les mutations des cellules somatiques de notre corps peuvent entraîner différents cancers. Ces mutations sont favorisées par des agents mutagènes contenus dans le tabac, les UV ou la radioactivité.

Chez les bactéries, les mutations peuvent entraîner une résistance aux antibiotiques. L’utilisation abusive d’antibiotiques confère un avantage sélectif à ces bactéries mutées. La résistance aux antibiotiques pose des problèmes dans les traitements de maladies bactériennes.