cellules, chromosomes, genes

PÔLE « TRANSMISSION DE LA VIE,
HEREDITE »
CELLULES, CHROMOSOMES, GENES
Pré-requis
Chapitre I Chromosome et caryotype
Chapitre 2 Hérédité humaine
Chapitre 3 Génétique moléculaire : expression de
l’information génétique
Chapitre 4 Cycle cellulaire
Chapitre 5 Processus tumoral et cancer
La cellule animale
Pré-requis : Ultra-structure cellule animale.
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1 = réticulum endoplasmique lisse
2 = 1 centriole (2 centrioles forment
le centrosome)
3 = nucléole
4 = chromatine
5 = enveloppe nucléaire
6 = pore nucléaire
7 = noyau
8 = lysosome
9 = appareil de golgi
10 = cytosol
11 = ribosomes
12 = membrane plasmique
13 = cytosquelette
14 = réticulum endoplasmique
granuleux
15 = mitochondrie
Compléter l’organigramme représentant l’organisation générale d’une
cellule animale.
nucléole
Les organites cytoplasmiques décrits jouent un ou plusieurs rôles
précis dans la cellule. Compléter le tableau suivant :
Les centrioles
L’ultra-structure du noyau.
Nommer l’élément nucléaire qui correspond à chaque
description suivante :
Relier chaque élément nucléaire de la colonne de gauche à son rôle
dans la colonne de droite. Attention il y a un intrus.
 Prérequis : Organisation de la cellule animale
SYNTHESE
CYTOPLASME :
• Hyaloplasme ou cytosol
• Organites
– Ribosomes : réalisent la traduction, c’est-à-dire la synthèse des
protéines à partir des ARN messagers.
– REL : permet le métabolisme des lipides.
– Appareil de golgi : lieu de transformation des lipides en
glycolipides et des protéines en glycoprotéines.
– Mitochondrie : lieu de synthèse de l’ATP.
– Cytosquelette : donne la forme et la rigidité à la cellule, intervient
dans le déplacement des organites et dans la division cellulaire.
– Lysosome : contient des enzymes capables de dégrader les
organites cytoplasmiques endommagés.
– Centrosome : participent à la division cellulaire.
NOYAU :
• Chromatine : support de l’information génétique
• Nucléole : site de production des ARN des ribosomes
Pré-requis
Organisation de la cellule animale
 MOTS CLES
• Membrane plasmique
• Cytoplasme
• noyau
Chapitre I Chromosome et caryotype
• I 1 CARYOTYPE
– I 1.1 Technique du caryotype en cytogénétique
classique (= étude des chromosomes).
– I 1.2 Caryotype humain normal
– I 1.3 Aberrations chromosomiques (ou anomalies
chromosomiques).
• I 1.3.1 Les anomalies concernant le nombre de
chromosomes.
• I 1.3.2 Les anomalies de structure des chromosomes.
– I 1.4 Indications du caryotype
• I2 STRUCTURE ET ULTRASTRUCTURE DU
CHROMOSOME
• I3 LE GENOME ET LES GENES
Définition du CARYOTYPE
• LE CARYOTYPE est l’équipement
chromosomique (nombre et forme des
chromosomes) caractéristique d’une espèce.
• Culture cellulaire
présentant des cellules
en division ou mitose
• Synchronisation et
blocage des mitoses en
métaphase par le
colchicine permet de
visualiser les
chromosomes
• Dispersion des
chromosomes par
éclatement des cellules
soumises à une
solution isotonique
• Fixation et coloration
des chromosomes
• Observation et
classification des
chromosomes par paire
en fonction de leur
taille et de leurs
bandes.
Chapitre I Chromosome et caryotype
RÉALISATION D’UN CARYOTYPE
CHAPITRE I CHROMOSOME ET CARYOTYPE
I1 CARYOTYPE

SYNTHESE
LE CARYOTYPE : est l’équipement chromosomique (nombre et forme des
chromosomes) caractéristique d’une espèce.
 I1.1 TECHNIQUE DU CARYOTYPE EN CYTOGENETIQUE
CLASSIQUE :
o Réaliser une culture cellulaire de cellules nucléées :
- chez l’adulte : globules blancs
- chez le fœtus : cellules fœtales prélevées dans le liquide amniotique
o Bloquer les divisions cellulaires en métaphase par ajout de
colchicine
o Colorer, observer les Chr.
o Classer les Chr par paires d’après leur taille (du plus grand au plus
petit), la position de leur centromère et de leurs bandes colorées.
MOTS CLES
• CHROMOSOME en métaphase (= étape de la
mitose)
• CARYOTYPE
Chromosomes métaphasiques humains
Constriction
primaire
Observation au microscopie électronique à balayage
Schéma d’un chromosome
métaphasique
AMNIOCENTESE
CARYOTYPE HUMAIN NORMAL
 Les cellules somatiques sont diploïdes : 2n = 46
présentent 23 paires de chromosomes homologues.
• 22 paires d’autosomes
• 1 paire de chrx sexuels ou gonosomes X et Y
 Formule chromosomique :
Chez l’homme : 46, XY.
Chez la femme : 46, XX
LES TECHNIQUES DE CYTOGENETIQUE MOLECULAIRE,
utilisent des sondes ADN combinant des marqueurs
fluorescents, permettent d’obtenir une coloration spécifique
pour chaque paire de chromosomes et une identification précise
du contenu de chaque chrx.
CHAPITRE I CHROMOSOME ET CARYOTYPE
 SYNTHESE
I1.2 CARYOTYPE HUMAIN NORMAL :
o Cellules somatiques diploïdes : 46 chromosomes soit 23
paires : 22 paires d’autosomes + 1 paire de Chr sexuels ou
gonosomes
Formule chromosomique d’1 homme = 46, XY
Formule chromosomique d’1 femme = 46, XX
o Cellules germinales (spermatozoïdes ou ovocytes)
haploïdes : 23 chromosomes.
Formule chromosomique d’1 gamète masculin = 23, X ou 23, Y
Formule chromosomique d’un gamète féminin = 23, X
MOTS CLES
• CELLULE SOMATIQUE (du corps) : 46 Chr
• CELLULE GERMINALE (= spermatozoïde ou
ovocyte) : 23 Chr
• FORMULE CHROMOSOMIQUE
• AUTOSOMES
• GONOSOMES
I 1.3 Aberrations chromosomiques ou
anomalies chromosomiques
Accidents affectant le nombre de
chromosomes suite :
 à des non-disjonctions
chromosomiques au cours des méioses
de formation des gamètes.
 à des non-disjonctions des
chromatides ou pertes de
chromosomes durant les mitoses de
formation de l’œuf.
• Trisomie = 47 chrx
• Monosomie = 45 chrx
Accidents affectant la
structure des chromosomes
suite à des cassures
survenant au cours des
méioses permettant la
formation des gamètes.
• Les délétions
• Les translocations
• Les inversions
21
I 1.3.1 Aberrations chromosomiques
concernant le nombre de chromosome
• Polyploïdies :
triploïdies (3n = 69)
tétraploïdies (4n = 92)
responsables d’avortements
spontanés : embryons non viables.
• Aneuploïdies : anomalies portant sur un seul
chromosome.
 trisomies : caryotype présente 1 chrx surnuméraire
soit 47 chrx
Monosomie : caryotype présente 1 chrx de moins soit
45 chrx
Aberrations chromosomiques les plus
fréquentes
Syndrome de Down ou trisomie 21
• Caryotype standard d’un enfant présentant
une trisomie 21 libre et homogène (95% des
trisomies 21) :
Caryotype standard d’un syndrome de
Klinefelter
(environ 1 homme sur 1000) : formule chromosomique = 47,XXY
I 1.3.2 Les anomalies de structure des chromosomes sont
dues à des cassures des chrx au cours de la formation des gamètes
• Délétions
Perte de matériel génétique
• Translocations
• Inversions
Pas de perte de
matériel génétique
Trisomie 21 par translocation.
La disparition des bras courts de l’1 des chrx 14 est sans
conséquence, car elle porte sur une région de chrx codant
pour des ARN ribosomiques, retrouvée sur plusieurs chrx.
I 1.4 Indications du caryotype : diagnostic prénatal
80% des prescriptions de caryotype concernent le diagnostic de
trisomie 21
• Syndrome de Down ou trisomie 21 regroupe
différents symptômes :
– Dysmorphie au niveau de la tête, des membres
(mains larges aux doigts courts avec 1 seul pli
palmaire)
– Malformations cardiaques (50% des cas)
– Encéphalopathie : retard psychomoteur
I1.3 Aberrations chromosomiques (ou anomalies
chromosomiques)
 SYNTHESE
 I 1.3.1 LES ANOMALIES CONCERNANT LE NOMBRE DE CHR.
Elles portent sur 1 seul Chr : ce sont des aneuploïdies.
Elles sont dues à une non-disjonction des Chr au cours de la formation
des gamètes parentaux (méiose).
• Trisomie : le caryotype présente 47 Chr soit 1 chromosome surnuméraire
(1 Chr de trop)
Trisomie 21 ou syndrome de Down = 47, XX + 21 ou 47, XY + 21
Syndrome de Klinefelter = 47, XXY
Syndrome de Jacob = 47, XYY
• Monosomie : le caryotype présente 45 Chr soit 1 chromosome de moins.
Syndrome de Turner = monosomie X : 45, X
 I 1.3.2 LES ANOMALIES CONCERNANT LA STRUCTURE DES CHR.
Elles sont dues à des cassures de Chr qui apparaissent au cours de la
formation des gamètes parentaux (méiose).
– Délétions
– Translocations
– inversions
MOTS CLES
• Anomalies de nombre :
o Syndrome de Down (trisomie 21),
o Syndrome de Klinefelter,
o Syndrome de Turner.
• Anomalies de structure :
o Délétions
o Translocations
o Inversions
Dépistage prénatal de la trisomie 21
• Dépistage systématique des grossesses à risque quelque soit l’âge de la
mère :
– Dosages d’hormones dans le sang maternel entre la 14ème et la 17ème
semaine d’aménorrhée. :
• gonadotrophine chorionique = hCG ,
• alpha foetoprotéine
• œstriol libre
Test fiable dans 70% des cas.
– Échographie : recherche de la clarté nucale à la 10ème semaine.
Dépistage prénatal de la trisomie 21
• Caryotype du fœtus si la mère est âgée de plus
de 38 ans. Les cellules fœtales sont prélevées
par amniocentèse entre la 16ème et la 17ème
semaines de grossesse.
I 1.4 Indications du caryotype
SYNTHESE
Le caryotype est surtout prescrit dans le cadre
d’un diagnostic prénatal.
Essentiellement pour le diagnostic de trisomie
21, chez les femmes de plus de 38 ans et pour
toutes les grossesses dépistées à risque suite
aux dosages sanguins d’hormones et à
l’échographie de la 12ème semaine.
MOTS CLES
• Diagnostic prénatal
I2 STRUCTURE ET ULTRASTRUCTURE DU CHROMOSOME
• Différents états du matériel génétique au cours
de la vie d’une cellule eucaryote.
a : chromatine (MET x 37500)
b : chromosome métaphasique (MET x 8200)
LA CHROMATINE EST CONSTITUEE DE NUCLEOFILAMENTS
OU FILAMENTS NUCLEOSOMIQUES
• Chaque filament de chromatine ou nucléo filament est
constitué :
1 longue chaîne d’ADN
Protéines = histones
Nucléosome = amas de 8 histones
+ ADN
DE L’ADN AU
CHROMOSOME
METAPHASIQUE
EUCHROMATINE = chromatine peu condensée qui présente
une activité transcriptionnelle.
HETEROCHROMATINE = chromatine condensée (structures
solénoïdes) inactive au niveau transcriptionnel.
I2 STRUCTURE DU CHROMOSOME
 SYNTHESE
• Un Chr est constitué de chromatine à l’état condensé.
• La chromatine est un assemblage d’ADN et de protéines,
les histones . Cet assemblage constitue un filament de
chromatine ou nucléofilament, appelé aussi le collier de
perles.
• ADN + 8 histones = 1 nucléosome (une perle du collier).
• Au moment de la mitose la chromatine se condense en
Chr, visible au microscope optique, constitué de 2
chromatides identiques
Télomères
1 chromatide
centromère
1 bras
MOTS CLES
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•
•
Chromatine condensée
nucléofilament
Nucléosome
histones
ADN = ACIDE DESOXYRIBONUCLEIQUE
polymère de nucléotides
Chaque nucléotide est lui-même formé de 3
composants :
– Une base azotée : 4 types de bases azotées forment un
nucléotide, l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et
la thymine (T).
– Un sucre : le désoxyribose.
– Un groupement phosphate.
ADN :
molécule bi caténaire
=
double chaîne de
nucléotides
ADN
Liaisons hydrogènes
I2 ULTRASTRUCTURE DU CHROMOSOME
 SYNTHESE
 ADN :
• chaîne bicaténaire
• Polymère de nucléotides.
P = acide phosphorique ou phosphate
S = glucide = désoxyribose
1 nucléotide
B = base azotée,4 bases :
A = adénine T = thymine C = cytosine G = guanine
5’ P_ S _ P _ S _ P _ S 3’
B
B
B
liaisons hydrogène
B
3’
B
B
S_P_S_P_S_P
5’
Complémentarité des bases : A
T
C
G
MOTS CLES
• ADN = polymère de nucléotides
• 1 Nucléotide =
o acide phosphorique ou phosphate
o désoxyribose
o 4 bases azotées : A = adénine T = thymine C = cytosine
G = guanine
I3 LE GENOME ET LES GENES
Allèles : différentes formes (versions) d’un même gène. (modification
de la séquence des nucléotides)
I3 LE GENOME ET LES GENES
 SYNTHESE
• Les chromosomes portent les gènes.
• Gène : unité d’information génétique,
correspondant à une séquence d’ADN d’un Chr,
codant pour la synthèse d’une protéine ou un
peptide.
• Génome : totalité des gènes contenue dans une
cellule.
• Locus : emplacement d’un gène sur un
chromosome.
• Allèles : différentes formes d’un même gène, et
occupant le même locus sur les Chr homologues.
MOTS CLES
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Gène
Génome
Locus
allèle