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 …

Fabrice DUPRAT 6

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

Fabrice DUPRAT 9

L'ensemble diffère de la somme des parties

Sodium (métal)

Na

Chlore gazeux

Cl

Chlorure de sodium

NaCl

= Emergence

Fabrice DUPRAT 10

EVOLUTION DES

ESPECES

Fabrice DUPRAT 11

L’origine de la vie

Fabrice DUPRAT 12

L'origine de la vie

Méthane

Dioxyde de carbone

Ammoniaque

Azote

Hydrogène

Eau

Acides aminés

Fabrice DUPRAT 13

Evolution des espèces

5 règnes

Fabrice DUPRAT 14

Evolution des espèces

5 règnes

Monères

bacille

10 000 espèces

Fabrice DUPRAT 15

Evolution des espèces

5 règnes

Protistes

60 000

Algues

Amibes

Fabrice DUPRAT 16

Evolution des espèces

5 règnes

Végétaux

166 000

Tabac

Fabrice DUPRAT 17

Evolution des espèces

5 règnes

Mycètes

100 000

Fabrice DUPRAT 18

Evolution des espèces

5 règnes

Animaux

1 500 000

Fabrice DUPRAT 19

Le jeux des fœtus et embryons animaux

SourisPoulet XenopeHumain Chat

Fabrice DUPRAT 20

LE MONDE DE

L’INFINIMENT PETIT

Fabrice DUPRAT 21

Population

Des ions aux populations

Cellule

Molecule

Ion

Organelle

Tissu

Fabrice DUPRAT 22

Population

Des ions aux populations

Population

Organisme

OrganeSystème

Fabrice DUPRAT 23

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.

Fabrice DUPRAT 24

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

Fabrice DUPRAT 25

La cellule animale

Seeley "Anatomy & Physiology", Mc Graw-Hill

Mitochondrie

Ribosomes

Noyau

Fabrice DUPRAT 26

Le noyau

Fabrice DUPRAT 27

La cellule bactérienne

Fabrice DUPRAT 28

La cellule végétale

Fabrice DUPRAT 29

La biologie =

interactions de quelques protéines

Fabrice DUPRAT 30

LES MOLECULES

DU VIVANT

Fabrice DUPRAT 31

L'eau

= 99% H2O

Fabrice DUPRAT 32

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

Fabrice DUPRAT 33

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

Fabrice DUPRAT 34

Les lipides (graisses)

Rôles: Membranes, Signalisation, …Bicouches

Alimentation: produits laitiers, graines, huiles

Micelles

Liposomes

Acides gras

Structures:

Fabrice DUPRAT 35

La membrane plasmique

25.10-9m

Fabrice DUPRAT 36

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 50

Nanobiotechnologies

Nanomachine

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

Fabrice DUPRAT 54

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

Fabrice DUPRAT 56

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

Fabrice DUPRAT 57

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