Structure du chromosome Hlne ZATTARA Structure du chromosome

Structure du chromosome Hélène ZATTARA

Structure du chromosome Définition • Chromatine : (khroma=couleur) substance contenue ds le noyau des chromosome qui présente une très forte affinité pour les colorants • Chromosomes : (khroma=couleur +soma=corps) Unités distinctes de chromatine, visibles seulement dans le noyau mitotique

Rappel fondamental : la chromatine = spécificité des cellules eucaryotes • Procaryotes (ex E. Coli) – Pas de compartiment nucléaire individualisé – Pas de chromatine… – L’ADN nu porte le message héréditaire • Eucaryotes – L’ADN est empaqueté en un complexe nucléoprotéique appelé chromatine – La chromatine est localisée dans un compartiment cellulaire individualsé : le noyau – C’est la chromatine qui porte le message héréditaire

Historique et généralités • • • Waldeyer 1888 Sutton 1902 Huxley 1928 Tijo et Levan 1956 Lejeune 1959

• 1970 techniques d’identification des chromosomes • 1980 techniques de haute résolution • 1990 cytogénétique moléculaire • 2000 hybridation génomique comparative

• Environ 2 mètres d’ADN dans chaque cellule doivent être contenus dans un noyau de quelques µm de diamètre. • En plus de cet énorme degré de compaction l’ADN doit être rapidement accessible afin de permettre son interaction avec les machineries protéiques régulant les fonctions de la chromatine • REPLICATION • REPARATION • RECOMBINAISON

Présentation des « acteurs » • La chromatine – Complexe nucléo-protéique qui c° les eucaryotes porte l’information génétique – Ce complexe est formé de plusieurs molécules d’ADN • Le chromosome – Unité physique de matériel génétique contenant une seule molécule d’ADN (2 en G 2/M) – Un chromosome est une unité distincte de chromatine ne contenant qu’une partie de l’information génétique

Chromatine et Chromosomes • Stockage • Expression • Transmission de l’information génétique

constituants de la chromatine • ADN • Protéines histones

Structure de la superhélice avec positionnement des nucléosomes et des histones

Structure d’un nucléosome

Fibre nucléosomique Première condensation de l’ADN d’un facteur 7 200 paires de base (140 pb +60 pb) correspondent à 680Å d’ADN (200 x 3, 4Å) (3, 4Å : distance entre 2 paires de base d’ADN) Alors que le diamètre du nucléosome dans le sens du nucléofilament est seulement de 100Å

4 niveaux superposés de condensation de la chromatine • Fibre nucléosomique de 11 nm : condensation x 7 • Superstructure de la fibre nucléosomique par enroulement en solénoïde qui forme le nucléofilament : compaction x 8 • Nucléofilament forme des boucles condensées en domaines (microconvules) : facteur de condensation de x 30 à 40 • Disposition en spires serrées des microconvules : condensation supplémentaire x 5

• La condensation de l’ADN dans le chromosome métaphasique atteint la valeur d’environ 8500 à 11000 fois • Ainsi 1 m 90 d’ADN peuvent être contenu dans les chromosomes dont l’ensemble c°l’homme ne mesure que 220µ

Structure du chromosome

Principales propriétés biochimiques et fonctionnelles des bandes chromosomiques G/R.

Phase G 1 • Phase de quiescence : synthèse des protéines • Croissance et fonction cellulaire • Phase de couplage entre la différenciation et la prolifération • Intégration des signaux cellulaires

Phase G 1 • Durée de qques dizaines à plusieurs centaines d’heures • Réintégration du cycle cellulaire sous l’action d’un stimulus • G 0

Phase S • • Durée de 6 à 20 h Prolongée en cas de lésions de l’ADN Duplication de l’ADN Synthèse des histones

Phase G 2 • Formation des complexes moléculaires qui vont déclencher la mitose • Système de surveillance du génome • Durée 1à 4 h

INTERPHASE Les chromosomes ne sont pas individualisés. Le matériel génétique est sous la forme de chromatine. Le centrosome (MTOC, Centre Organisateur de Microtubules) est composé de deux centrioles perpendiculaires entourés de matériel péricentriolaire.

PROPHASE début Les chromosomes s'individualisent (les couleurs rouge et vert symbolisent l'origine paternelle ou maternelle des chromosomes). Le centrosome a été dupliqué en fin d'interphase.

PROPHASE suite Les chromosomes s'épaississent et se raccourcissent. Nous avons choisi un nombre de chromosomes : 2 N=4. Deux sont d'origine maternelle et deux d'origine paternelle. Chaque chromosome est constitué de deux chromatides qui restent liées entre elles au niveau des centomères kinétochores (en violet).

PROPHASE suite Les chromosomes sont maintenant très courts et épais. Les deux centrosomes vont se séparer.

PROPHASE suite Les deux centrosomes accompagnés de microtubules rayonnants constituent des asters qui migrent vers les deux pôles de la cellule en se repoussant l'un l'autre grâce à des moteurs agissant sur les microtubules chevauchants

PROPHASE suite Les deux asters sont aux deux pôles opposés. Les microtubules émis par chacun d'eux les maintiennent en place et constituent le fuseau (des microtubules de même type existent évidemment dans les autres plans de l'espace).

PROPHASE fin La membrane nucléaire disparait. Les chromosomes ne sont plus dans un noyau, mais sont emprisonnés dans la cage constituée par les fibres tutoriales.

PROMETAPHASE début La membrane nucléaire a complètement disparu. De nombreux microtubules dynamiques sont polymérisés à partir des deux pôles.

PROMETAPHASE suite Ces microtubules s'allongent en direction des chromosomes. Lorsque l'un d'entre eux rencontre un centromère kinétochore d'un chromosome, il le capture (attachement unipolaire). Les autres microtubules continuent à "cher".

PROMETAPHASE suite Le chromosome est capturé par un autre microtubule venant de l'autre aster. L'attachement du chromosome au fuseau est maintenant bipolaire.

PROMETAPHASE suite Par le jeu de la polymérisation et de la dépolymérisation des microtubules et grâce à des moteurs, le chromosome capturé est placé à l'équateur du fuseau. Pour simplifier, un seul microtubule a été utilisé pour capturer un chromosome. En réalité 15 à 40 microtubules s'attachent au kinétochore d'un chromosome de mammifère

PROMETAPHASE suite Un autre chromosome est capturé. PROMETAPHASE suite Il est à son tour placé à l'équateur du fuseau

PROMETAPHASE suite Le dernier chromosome vient d'être capturé de manière unipolaire. Les autres chromosomes positionnés à l'équateur vont l'attendre. La séparation des chromatides (anaphase) est bloquée tant que TOUS les chromosomes ne sont pas alignés et reliés aux deux pôles. Tout chromosome mal attaché envoie un signal inhibiteur

METAPHASE Tous les chromosomes sont maintenant placés à l'équateur du fuseau et constituent la plaque équatoriale. Les signaux inhibiteurs venant des chromosomes n'existent plus. L'ensemble du système est vérifié par un "checkpoint" et attend le feu vert pour déclencher l'anaphase.

ANAPHASE début D'un seul coup, tous les kinétochores se séparent. Les microtubules attachés aux kinétochores se dépolymérisent et les chromosomes montent vers les pôles grâce à leurs moteurs.

ANAPHASE suite Les deux lots de chromatides, qui, maintenant individualisées, sont des chromosomes, gagnent les pôles du fuseau en remontant le long des microtubules.

ANAPHASE suite Les deux lots de chromosomes sont rassemblés aux pôles car ils sont guidés par la cage formée par le fuseau lui-même. Un cercle de fibres contractiles (acto-myosine) apparait autour de la cellule dans le plan de l'équateur.

TELOPHASE début Ces fibres se contractent. Elles réalisent un sphincter qui resserre le diamètre de la cellule au niveau de l'équateur. TELOPHASE suite Le processus se poursuit. La cellule se partage en deux progressivement.

TELOPHASE suite La cellule est presque entièrement partagée. La membrane nucléaire se reconstitue autour de chaque lot de chromosomes TELOPHASE fin les chromosomes se décondensent progressivement

DEUX CELLULES Les chromosomes poursuivent leur décondensation. Chaque chromosome fils est constitué d'une seule chromatide alors qu'au début de la mitose chaque chromosome était constitué de deux chromatides.

DEUX CELLULES Ces cellules vont poursuivre leur cycle et éventuellement, après la duplication de leur ADN, entrer à leur tour dans un phase mitotique suivante