Les Chromosomes

Université Hassan II
Faculté de Médecine et de Pharmacie
Casablanca
- Cours de Biologie Pr. Tahiri Jouti N.
Année Universitaire 2015-2016
Les Chromosomes
Définition
- forme condensée de la chromatine
- Support du matériel génétique
- apparaissent au moment de la division
cellulaire
Composition biochimique
Chaque chromosome est formé :
- d’une molécule d’Acide Désoxyribonucléique
(ADN)
- des protéines
L’ADN
est une molécule formée :
* de bases puriques double cycle :
A : Adénine
G : Guanine
* de bases pyrimidiques monocycliques
C : Cytosine
T : Thymine
L’ADN
- Est une double chaîne de nucléotides
torsadée et antiparallèle
- Les 2 chaînes sont liées :
* par des liaisons hydrogènes
* de façon complémentaire :
A-T et G-C
L’ADN
Les Protéines
2 types :
- les Histones
- les protéines non histones
Les Histones
- sont de petites protéines basiques
de 100 à 200 acides aminés
- ont un rôle structural
Les Histones
5 types d’histones formant 2 groupes :
1er groupe :
H2A, H2B, H3, H4 constituent un
Octamère protéique (2 exemplaires de
chacune des histones)
2ème groupe : H1
jouerait un rôle dans la compaction de
l’ADN
Les Protéines Non Histones
- Sont des :
- protéines acides de petite taille
- enzymes
- Ont un rôle dans la régulation de l’expression
du génôme
Le Nucléosome
- Est l’Unité fondamentale de la chromatine
- Est constitué d’ :
* Une particule cœur
* Une région de liaison :
Internucléosomale reliant les particules
coeurs
Le Nucléosome
Le Nucléosome
- La particule cœur est composée :
- 146 paires de bases (pb) d’ADN,
enroulées autour de l’octamère protéique
- La région internucléosomale :
- est de longueur variable
- comprend H1 insérée sur une longueur
de 20 nucléotides
Le Nucléosome
La fibre Nucléosomique ou « Collier
de perles »
ADN + Protéines :
nucléosomes
► formation de la
fibre nucléosomique
= «collier de perles»
La fibre Nucléosomique ou
« Collier de perles » (ME)
La Condensation de la Chromatine
se déroule en plusieurs étapes en fonction du stade
mitotique
- rapprochement des nucléosomes
► formation du nucléofilament
-
incorporation des histones internucléosomales H1 et
repliement du nucléofilament
► formation d’un solénoïde
Le Nucléofilament
Fibre
Nucléosomique
Nucléofilament
Le Solénoïde
- solénoïde comprend 6 nucléosomes par
tour
-
compaction de l’ADN de l’ordre de 200
fois
- des niveaux supérieurs d’organisation
sont nécessaires au fonctionnement du
génôme
Le Solénoïde
- Le solénoïde se replie en boucles formant
des rosettes
- Chaque rosette
- comprend 10 boucles
- correspond à une unité fonctionnelle
de transcription et de réplication
Compaction de l’ADN
Niveaux de condensation de l'ADN : (1) Brin simple d'ADN. (2) Brin de
chromatine (ADN+histones). (3) Chromatine en interphase avec
centromère. (4) Chromatine condensée en prophase (2 copies de la
molécule d'ADN) (5) en métaphase.
Morphologie des chromosomes
- Visible sur le chromosome métaphasique
- 2 chromatides reliées par un centromère
- Extrémités appelées télomères
Chromosome métaphasique
Le Centromère
- constriction primaire du chromosome
- portion où l’ADN pas encore dupliqué
- région où les 2 chromatides sœurs
sont unies de chaque côté du centromère
Le Centromère
Le Centromère
A son niveau :
les 2 chromatides sœurs comporte chacune
un kinétochore = complexe protéique
► fixation des chromatides au
fuseau mitotique
Centromère et Kinétochore
Centromère et Kinétochore
Le Télomère
- extrémité des chromatides
- séquence ADN répétitive (AAAA)
- empêche fusions avec d’autres chromosomes
- permet attachement chromosome à la
lamina (Noyau Interphasique)
La Constriction Secondaire
- située sur chromosomes 13,14,15,21 et 22
chez l’humain
- correspond à l’Organisateur Nucléolaire
= ADNr
Nombre de Chromosomes
- variable selon l’espèce :
drosophile : 8
souris : 40
rat : 42
Singe : 48
Homme : 46
Types de chromosomes
- 22 paires d’autosomes : de 1 à 22
- 1 paire de gonosomes ou chromosomes
sexuels :
XX chez la femme
XY chez l’homme
Rôle des chromosomes
Deux rôles principaux :
- transmission du patrimoine génétique
- expression des gènes
Transmission patrimoine génétique
Se fait :
1) de la cellule mère aux cellules filles
Mitose
2) d’une génération à l’autre : formation de
gamètes => Méïose
Le Cycle Cellulaire
Le Cycle Cellulaire
Phase G1
phase de quiescence :
- cellule synthétise protéines
croissance et fonctions cellulaires
- durée varie de dizaines à plusieurs centaines
d'heures
- passage dans le cycle cellulaire sous l’action
d’un stimulus
Phase G0/G1
- la phase G1 peut durer plusieurs dizaines
années
* ces cellules sont hors cycle ,
* état métabolique particulier appelé
Phase G0
Passage G1 / S
- dépend de facteurs inducteurs externes :
facteurs de croissances (FC)
- au-delà du milieu de G1 : point R ou point de
restriction
entrée en S et progression du cycle surviennent
même en l'absence de FC
mécanisme irréversible
Phase S
- sa durée varie de 6 à 20 h
- prolongée en cas de lésions de l'ADN
- duplication
* de l’ADN
* du centrosome
- synthèse des histones
Duplication du Centrosome
le centrosome se
duplique avant le
début de la
prophase
► constitué de 4
centrioles
Duplication de l’ADN
- Semi-conservative :
- L’ADN-polymérase ouvre la double hélice
- chaque demi-brin parental reconstitue le
brin qui lui est complémentaire
- l’ADN nouvellement formée est constitué d’:
* 1 brin matrice
* 1 brin néo-formé
Duplication de l’ADN
- Bicaténaire : les deux brins répliqués
simultanément
- Bidirectionnelle : au site d'initiation, 2
complexes de réplication
* sont simultanément activés sur les 2 brins
de la molécule mère
* progressent dans deux directions opposées
Duplication de l’ADN
Plusieurs sites
d’initiation :
«fourches ou yeux
de réplication »
Phase G2
- Formation de complexes moléculaires
déclenchant la mitose
- Présence d’un système de surveillance
du génôme vérifiant l'intégrité de l'ADN
- durée d'environ 1 à 4h
La Mitose
Plusieurs phases :
- Prophase
- Prémétaphase
- Métaphase
- Anaphase
- Télophase
La Prophase
- chromatine se condense en structures
ordonnées et individualisées : les chromosomes
- nucléoles se désagrègent
- 2 copies identiques du génôme :
chromosomes constitués de 2 chromatides
sœurs
Migration des Centrosomes
- Chaque centrosome
migre vers un pôle de la
cellule
- les microtubules se
réorganisent
pour
former
Fuseau mitotique
Le Fuseau Mitotique
Structure Bipolaire qui
- s'étend entre les 2 centrosomes
mais
- reste à l'extérieur du noyau
La Prométaphase
- considérée parfois comme partie de la prophase
- membrane nucléaire se désagrège en vésicules
- kinétochores se forment autour des centromères
Les Microtubules
- des microtubules s'accrochent aux
kinétochores : microtubules kinétochoriens
- des microtubules s’accrochent aux
centrosomes : microtubules polaires
- des microtubules restent autour aster :
microtubules astraux
La Prométaphase
microtubules
polaires
microtubules
kinétochoriens
microtubules
astraux
La Métaphase
- rassemblement chromosomes à
l'équateur de la cellule
la Plaque Equatoriale
- réplication du centromère par duplication
tardive de son ADN
La Métaphase
L’Anaphase
Les chromatides sœurs
* se séparent brutalement
* sont « tirées » par les microtubules
en direction d’un pôle
vitesse de migration : 1µm/min
L’Anaphase
déplacement des chromatides :
* microtubules kinétochoriens
raccourcissent par dépolymérisation
* microtubules polaires qui s'allongent par
polymérisation
éloignement des pôles du fuseau mitotique
l'un de l'autre entraînant les chromatides
L’Anaphase
kinétochores permettent
* fixation de la chromatide au
microtubule
* transport de la chromatide le long
des microtubules
L’Anaphase
La Télophase
- allongement microtubules polaires
- disparition microtubules kinétochoriens
- décondensation chromatides sœurs
commence
- enveloppe nucléaire et nucléoles se
reforment
Télophase et Cytodiérèse
- Formation sillon de
division dans un
plan perpendiculaire
à l'axe du fuseau
mitotique
- Clivage Centripète de
la cellule grâce à un
anneau contractile
composé d‘actine et
myosine
Télophase et Cytodiérèse
- Sillon de division se resserre
formation d’un corps
intermédiaire qui :
* est un passage étroit
entre les deux cellules filles
* contient le reste du fuseau
mitotique
Séparation des 2 cellules filles
- Enveloppe nucléaire et nucléoles
finissent de se reconstituer
- l'arrangement radial des microtubules
centrosome se reforme
Obtention de 2 cellules filles
Contrôle du Cycle Cellulaire
A la fin de chaque étape du cycle, la cellule
peut:
- poursuivre sa progression ou
- s'arrêter
Les transitions entre les phases contrôlées
par un complexe kinase (activité de
phosphorylation sur des sérine et thréonine)
Contrôle du Cycle Cellulaire
Complexe Cdk:
Cycline Dependant Kinase
- Constitué par deux protéines clés, deux sous-unités :
- une sous unité catalytique = cdk (cyclin
dependant kinase)
- une sous unité régulatrice = cycline
- Concentration de Cdk constante au cours du cycle.
- Les Cdk actives (capable de phosphoryler les protéines
cibles) lorsqu'elles sont associées à des cyclines
-
La concentration des cyclines varie au cours du cycle
(d'où leur nom)
Système de contrôle du cycle
cellulaire
Complexe M-Cdk
Complexe S-Cdk
Complexe Cdk:
Cycline Dependant Kinase
- La Cdk s’associe successivement à différentes
cyclines
pour
déclencher
les
différents
événements du cycle
- L’activité de la Cdk se termine généralement
par la dégradation de la cycline.
- Les cyclines qui agissent en phase S (cycline
S) et en phase M (cycline M) respectivement
nommés S-Cdk et M-Cdk.
Principales Cyclines et Cdk
Principales Cyclines et Cdk
- Quatre classes de Cyclines en fonction de
l’étape pendant laquelle elles se fixent sur les
Cdk
- Cyclines:
-
G1: promotion du passage du Point de Restriction
G1/S: fin de la phase G1, engagent la cellule vers
la réplication de l’ADN
S: pendant la phase S, nécessaires à l’initiation et
la réplication de l’ADN
M: favorisent les événements de la mitose
Régulation de l’activité Cdk
Par
Augmentation
et
concentration en cycline
chute
de
la
- Phosphorylation sur le plafond du site
actif
- Fixation de protéines inhibitrices de la
Cdk: les CKI
Régulation de l’activité Cdk
Par:
- La protéolyse de la cycline
- La diminution de la transcription des
gènes de la cycline
Régulation de l’activité Cdk par
phosphorylation
Synthèse
Conditions environnementales favorables:
- Augmentation en G1-Cdk et G1/S-Cdk
activation de la S-Cdk
- S-Cdk
initiation de la réplication
- M-Cdk
Mitose
- Anaphase déclenchée par la protéolyse de
protéines liant les chromatides sœurs
- M-Cdk inactivée par la protéolyse de la
cycline
Synthèse
- Progression dans le cycle cellulaire régulée
par divers mécanismes inhibiteurs lorsque:
-
Les événements n’ont pas réussi à se terminer
complètement
-
Production de lésions de l’ADN
-
Conditions environnementales extracellulaires
défavorables
Mort Cellulaire : Nécrose
Nécrose : destruction massive des cellules par
des facteurs exogènes
Physiques chimiques ou biologiques
→
→
→
→
lyse osmotique des cellules
rupture des membranes
destruction des organites
libération du contenu cellulaire
(enzymes lytiques)
Cicatrisation
Mort Cellulaire : Apoptose
- mort cellulaire programmée
- élimination sélective de cellules
- mécanisme fondamental qui contrôle de
façon permanente:
* l'homéostasie
* l'intégrité et les fonctions cellulaires
Définition de l’Homéostasie
Homéostasie : processus par lequel un
organisme maintient constantes les conditions
internes nécessaires à la vie
Mort Cellulaire : Apoptose
- dépend de l'activation machinerie cellulaire
- requiert :
* activation de gènes
et
* synthèse protéique
Mécanisme de l’Apoptose
- Préservation intégrité des organites et
macromolécules jusqu'à un stade avancé
- réduction volume cellulaire
- cellule s'arrondit
- Perte des contacts avec cellules voisines
Mécanisme de l’Apoptose
- Condensation
* de la chromatine à la périphérie du noyau
Marginalisation
* du cytoplasme
- Clivage ADN
La Méïose
- division cellulaire concernant lignées germinales
- production cellules haploïdes ou gamètes :
l’ovogénèse et la spermatogénèse
- nombre chromosomes réduit de moitié
La Méïose
- cellules somatiques :
46 chromosomes par cellule
nombre diploïde (2n=46)
- gamètes produites par la méïose :
23 chromosomes
nombre haploïde (n=23)
La Méïose
2 divisions successives :
- 1 division réductionnelle : Méïose I
- 1 division équationnelle : Méïose II
La Méïose
Méïose I :
- séparation chromosomes homologues
- obtention de 2 cellules filles contenant la
moitié des chromosomes
La Méïose
Méïose II :
chromosomes dédoublés → 2 chromatides soeurs
production de 4 cellules filles haploïdes
MÉIOSE I : PHASE RÉDUCTIONELLE
PROPHASE I : phase la plus longue
(23 jours chez homme)
5 stades :
- leptotène
- zygotène
- pachytène
- diplotène
- diacénèse
Leptotène
- Chromosomes
visibles en forme de
longs filaments fins
- Rapprochement des
homologues
- ADN déjà répliqué
durant interphase
Zygotène
Appariement des
chromosomes
homologues
► chromosomes sous
forme de bivalents
Pachytène
- Phase la plus longue
de la prophase
(16j chez l’homme)
- Condensation des
chromosomes :
► chromosomes courts
et épais
Pachytène
Stade des crossing-over
* entre chromosomes homologues
* correspond au brassage intra chromosomique
permet la diversité génétique
Diplotène
- Séparation des
chromosomes
homologues qui
restent unis par
chiasmas
- bivalents se
dissocient
Diacinèse
- Disparition
* enveloppe nucléaire et
* nucléole
- Chromosomes fixés sur fuseau mitotique
Métaphase I
- chromosomes sur
plaque équatoriale
- Centromères des
chromosomes
homologues dirigés
chacun vers un pôle
cellule
Anaphase I
-
chromosomes homologues
se séparent et migrent
chacun vers un pôle
-
Pas de séparation des
chromatides sœurs
-
centromères ne se divisent
pas
-
nombre de chromosomes
réduit
TELOPHASE I
- nouveau noyau haploïde formé dans les 2
cellules filles
- chromosomes disparaissent de vue
- cytodiérèse presque complète
INTERCINÈSE
- maintenant
* deux cellules haploïdes
* chromosomes à deux chromatides
= ADN déjà doublé
- Plus de doublement matériel génétique
MÉIOSE II : Phase Equationnelle = Mitose
PROPHASE II :
- Formation du fuseau mitotique
METAPHASE II :
- Chromosomes sur plaque Équatoriale
- Clivage centromère après duplication
tardive ADN
MÉIOSE II : Phase Equationnelle = Mitose
ANAPHASE II :
- séparation des centromères
- migration des chromatides sœurs
TELOPHASE II et Cytodiérèse :
- désorganisation fuseau mitotique
- formation enveloppe nucléaire
- décondensation des chromosomes
- division cytoplasmique
Mitose
Localisation
Produits
Réplication ADN
Durée de la
Prophase
MITOSE
tous tissus
/
Méiose
MEIOSE
Gonades
cellules somatiques cellules germinales
23 chr
46 chr
1 cycle réplication 1 cycle de réplication
mais 2 divisions
par division
courte (30’)
longue et complexe
Mitose
Appariement
Homologues
/
Non
Méiose
oui (méiose I)
Recombinaison
homologues
rare et anormale
au moins 1 par paire
Relation entre
cellules Filles
identiques
différentes
Anomalies chromosomiques
- peu fréquentes
- affectent gonosomes et autosomes
- de différents types
Anomalies chromosomiques
Constitutionnelles (Innées) :
- production
* avant fécondation, dans les gamètes
* dans les cellules du zygote
- accident chromosomique déjà chez
embryon
Anomalies chromosomiques
Constitutionnelles (Innées) :
- différents organes avec même anomalie
- souvent dysmorphie et/ou malformations
viscérales et/ou retard du développement
psychomoteur
Anomalies chromosomiques
Acquises :
- production au cours vie de l'individu
- un seul organe touché, autres organes
normaux
- acquises par rapport au caryotype
constitutionnel
Exemple : sujet porteur d'un processus
cancéreux sur l’organe impliqué
Anomalies chromosomiques
HOMOGENE:
toutes les cellules du tissu examiné portent la
même anomalie
En MOSAIQUE :
certaines cellules du tissu portent l'anomalie
alors que d'autres sont normales
Notion de Clône
Anomalies chromosomiques
Constitutionnelle HOMOGENE:
toutes les cellules du tissu examiné portent la
même anomalie
- exemple 1: une anomalie constitutionnelle
survenue chez un gamète parental (ex: + 21)
retrouvée chez toutes les cellules de l'enfant
descendant : Trisomie 21 homogène
Caractéristiques des Anomalies
chromosomiques
Acquise HOMOGENE :
exemple : t(9;22) dans la leucémie myéloïde
chronique (LMC)
une anomalie acquise présente sur toutes les
cellules sanguines de l’ individu
Pourquoi?
Les cellules normales sont suffisamment inhibées
pour que l'on n'en retrouve aucune en mitose
Anomalies chromosomiques
Constitutionnelle en MOSAIQUE :
Exemple :
- une anomalie constitutionnelle survenue
chez le zygote après plusieurs divisions
cellulaires (ex: +21)
- ne touchera qu'une partie des cellules de
l'embryon puis de l'enfant
Anomalies Chromosomiques de
Nombre
un chromosome est soit :
* surnuméraire (trisomie) (ex: +21)
* manquant (monosomie) (ex: XO par
perte d'un gonosome)
caryotype toujours déséquilibré lors
d'une anomalie de nombre
Anomalies Chromosomiques de
Structure
Cassures chromosomiques et recollements erronés
l'anomalie peut être :
* Equilibrée : ni perte ni gain de matériel
génétique= Translocation
* Déséquilibrée :
Délétion, insertion, duplication de
fragment(s)