ADN etc

Chromosome:

structure composé d’une moécule d’ADN associées à des protéines

chromatide=

correspond à l’une des unités d’un chromosome dupliqué

2 chromosomes homologues:

2 chromosomes d’une même paire, l’un d’origine maternele et l’autre d’origine paternelle

organisation générale de l’ADN

• structure en double hélice

• ADN= molécule bicaténaire= 2 chaines s’enroulent autour d’un axe comun pour former une double hélice dextre (=l’hélice s’enroule vers la D)

Dimension diametre ext. de l’adn, pas de l’hélice, distance entre les 2 paires de bases successives

• diametre ext. de l’adn= 2nm

• pas de l’hélice= 3.4nm

• distance entre les 2 paires de bases successives= 0.3nm

longueur totale de l’ADN du E.Coli

1mm

spermatozoide humain

• 1m d’ADN déroulé

• 10^9 pdb

• 23 chromosomes

• noyau haploide

les 2 brins sont de quelle configuration

anti //

de quoi est constitué l’ADN

• 1p entose= désoxyribose

• 1 base azotée

• 1 grpt phosphate

différence entre nucléotide et nucléoside

• sucre+base-nucléoside

• sucre+base+phosphate= nucléotide

différence de liaison entre CG et AT

• 3H pr CG

• 2H pr AT

histones

protéines auxquelles l’ADN s’associent de façon quasi permanent dans la cellule eucaryote

compaction des histones

1. nucléosomes: histones forment structure autour de laquelle l’ADN peut s’enrouler → nucléosome→ possède 8 histones

2. octamère : contient 2 complexes de 4 histones différentes

   1. 2 H2A

   2. 2 H2B

   3. 2 H3

   4. 2 H4

= fibre de 30nm

histone H1

• linker histone

• stabilisation de l’ADN au niveau du nucléosomes et favoriser certaines organisations plus compactes que la chromatine

  • formation d’une structure → solénoïde → correspons au modèle classique d’une fibre 30nm

ADN moins condensé:

lorsque la chroamtine est moins condensé→ certaines régions de l’ADN sont plus accesibles→ fibres de 30nm dite activée→ TRANSCRIPTION POSSIBLE

ADN plus condensé

• accès à bcp de prot de transcription limité→ 30nm inactive pour transcription

cycle cellulaire chez prokaryotes:

• division fréquente

• réplication peut se faire de façon répétée

cycle cellulaire chez eucaryote

• interphase

• phase M

interphase et description

• G1: période croissance et activité cellulaire et augmentation de la taille

• S: ADN répliqué= quantité d’ADN double

• G2= prépare cellule à se diviser et vérifie notamment que son ADN et est correctement repliqué

• M: mitose et ctyokinèse

que remarque-t-on?

Le chromosome de droite possède deux chromatides, mais ce n'est toujours qu'un seul chromosome

• 4C ne veut pas dire 4 jeux de chromosomes !

• La cellule possède toujours deux jeux chromosomiques : elle est toujours diploïde (2n). Elle a juste doublé la quantité d'ADN de chacun de ses chromosomes.

C'est la différence entre :

• n → nombre de jeux de chromosomes.

• C → quantité d'ADN.

principe exprimental de l’observation des phases du cycle cellulaire

mesurer la quantité d’ADN/cellule

• culture de cellule

• molécule fluorescente se fixant sur l’ADN

• cytomère en flux

• laser

rôle du cytomère en flux

appareil capable d’anaylser des cellules individuellement

1. chaque cellule possèdent un faisceau laser

2. mesure la fluorescence associée à cette cellule

3. si marquage proportionnel à l’ADN→ une cellule contenant plus d’ADN produit un signal plus important

graphique et explication

• 1er pic= G1= qtté d’ADN correspondant à 2C dans la population diploïde

• Zone intermédiaire=S=en cours de réplication

• 2ème pic= G2 et M= cellules ont terminé la réplication→ contiennent 4C d’ADN

les expériences de fusion: le principe

• On prend deux cellules qui ne se trouvent pas dans la même phase du cycle.

• On les fait fusionner grâce à un agent favorisant la fusion membranaire.

• On obtient une cellule possédant deux noyaux.

• Cette cellule est appelée un hétérocaryon lorsque les deux noyaux restent distincts.

• L'intérêt est que les deux noyaux se retrouvent dans un même environnement cytoplasmique.

• On peut voir si des substances présentes dans le cytoplasme d'une cellule influencent le noyau de l'autre.

1ere expeirnce: phase M et G2: fusionne quoi? observation? interpretation?

On fusionne :

• Une cellule en G2.

• Une cellule en mitose, notamment en métaphase.

Observation

• L'enveloppe nucléaire du noyau qui était en G2 disparaît prématurément.

• Le noyau de G2 acquiert des caractéristiques mitotiques.

Interprétation

• Le cytoplasme de la cellule en mitose contient un facteur capable de déclencher des événements mitotiques.

• L'état mitotique domine donc, dans cette expérience, l'état d'interphase.

→Ce facteur sera associé au MPF.

2eme expeirnce: phase S et G1: fusionne quoi? observation? interpretation?

On fusionne :

• Une cellule en G1.

• Une cellule en phase S.

Observation

Le noyau initialement en G1 entre en réplication.

Conclusion

Le cytoplasme de la cellule en phase S possède une activité capable de déclencher l'entrée en phase S du noyau en G1.

→Cela montre l'existence de facteurs qui régulent la réplication de l'ADN.

3eme experience: G2+S: observation et interpretation

On fusionne :

• Une cellule en G2.

• Une cellule en phase S.

Observation: Le noyau initialement en G2 ne recommence pas une nouvelle réplication de son ADN.

• Pourquoi ?: Parce qu'il possède des mécanismes empêchant une deuxième réplication du même ADN au cours d'un seul cycle. Une fois l'ADN répliqué, les origines de réplication ne doivent pas être réutilisées immédiatement.

C'est ce qu'on appelle le contrôle de la réplication unique par cycle.

Que signifie MPF ?

• Mitosis Promoting Factor.

• Maturation Promoting Factor.

• M-Phase Promoting Factor

fonction du MPF

Le MPF permet à une cellule en G2 d'entrer en mitose.

composition du MPF

• Une CDK1.: kinase dépendante des cyclines. kinase est une enzyme capable de transférer un groupement phosphate sur une molécule cible.

  • sous-unité catalytique

• Une cycline B.

  • sous-unité régulatrice.

controle pdt La phase G0

• certaines cellules peuvent sortir du cycle et entrer en G0.

• = état de quiescence ou de sortie du cycle prolifératif.

• neurone = non prolifératif et en stade G0 jsuqu a sa mort

Contrôle pendant G1: Le rôle des facteurs de croissance

• les cellules peuvent avoir besoin de signaux extracellulaires appelés facteurs de croissance.

• favorisent, selon le contexte, leur progression dans le cycle.

Le point de restriction de G1

• un point après lequel la cellule devient moins dépendante des facteurs de croissance pour terminer le cycle engagé.

• C'est le principe du point de restriction.

Le contrôle avant la phase S

La cellule vérifie :

• Si elle est grande.

• Si les conditions environnementales sont favorables.

• Si elle peut poursuivre la division.

• Si l'ADN est dans un état compatible avec la réplication.

Si les conditions ne sont pas remplies, la progression peut être arrêtée.

controle pdt la phase S

• Pendant la phase S, l'ADN est répliqué.

• mécanismes capables de détecter et de corriger certaines erreurs.

• si les dommages sont trop importants et que les systèmes de réparation ne parviennent pas à les corriger, la cellule peut être dirigée vers une voie de mort cellulaire→ l'apoptose/ mort cellulaire programmée.

controle pendant G2

Avant d'entrer en mitose, la cellule vérifie :

• Que la réplication de l'ADN est terminée.

• Que l'ADN est suffisamment intact.

• Que sa taille est adaptée.

• Qu'elle possède les composants nécessaires à la division.

• Que les structures du cytosquelette peuvent être réorganisées pour la mitose.

Si les conditions sont favorables, la cellule peut entrer en phase M.

controle pendant M

• permet de vérifier que les chromosomes sont correctement associés au fuseau de division→ d'éviter une répartition anormale des chromosomes entre les cellules filles.

Les CDK : chefs d'orchestre

• régulent succession des événements du cycle cellulaire.

• Une CDK active peut phosphoryler des protéines cibles et déclencher les changements nécessaires au passage d'une phase à une autre.

• il existe plusieurs CDK et plusieurs cyclines.

• Elles forment différents complexes qui interviennent à des moments particuliers

Les couples CDK–cycline au cours de l’interphase

• D-CDK au cours de G1.

• E-CDK près de la transition G1/S.

• A-CDK pendant la phase S et une partie de G2.

• B-CDK lors de l'entrée en mitose.

Les inhibiteurs de CDK : CDKi

• Sans eux, certaines cellules pourraient avancer dans leur cycle même si les conditions ne sont pas favorables.

1. p16: régulation de G1.

2. p21 intervient dans le contrôle de G1 et peut également intervenir pendant S.

3. p27: apparaît comme régulateur de certaines activités CDK.

CDK1 est présente tout au long du

cycle cellulaire

quantité de cycline B varie de manière

cyclique

cyce variation cycline B et CDK1

Accumulation

• La cycline B est synthétisée puis s'accumule.

• Lorsqu'elle s'associe à CDK1 et que le complexe reçoit les régulations appropriées, l'activité MPF augmente.

Activation

• Cette activité permet le déclenchement d'événements de mitose.

Dégradation

• Pendant la mitose, la cycline B est dégradée.

• Cela entraîne une diminution de l'activité MPF et favorise la sortie de mitose.

• Le cycle peut ensuite recommencer.

Condensation des chromosomes

• MPF intervient dans la phosphorylation de l'histone H1.

• Cette phosphorylation est associée à la condensation de la chromatine.

• La condensation des chromosomes permet une organisation favorable à leur séparation.

Désorganisation des lamines

• Les lamines sont des protéines qui constituent une structure de soutien associée à la face interne de l'enveloppe nucléaire.→ Elles forment la lamina nucléaire.

• Le MPF favorise des modifications qui entraînent le désassemblage de cette structure.

→ contribue à la désorganisation de l'enveloppe nucléaire.

Pourquoi est-ce nécessaire la désorganisation des lamines?

Parce que, lors de la mitose ouverte des cellules humaines, les microtubules du fuseau doivent pouvoir accéder aux chromosomes.

Réorganisation des organites

• Le réticulum endoplasmique.

• L'appareil de Golgi.

→Ces organites peuvent subir d'importantes modifications d'organisation pendant la mitose.→ Cela participe à leur répartition entre les deux cellules filles

Réorganisation du cytosquelette

• Le MPF intervient également dans des mécanismes permettant la réorganisation des microtubules.

• Cela contribue à la formation du fuseau mitotique.

Diminution de certaines activités de synthèse

MPF intervient dans la régulation de processus limitant certaines activités de transcription et de traduction pendant la mitose.

Activation d'un système protéolytique

• MPF participe à l'activation de mécanismes qui conduisent ensuite à la dégradation de la cycline B= mécanisme de régulation permettant d'arrêter l'activité MPF.

• Le système impliqué comprend l'APC/C, un complexe qui favorise l'ubiquitination de certaines protéines régulatrices, puis leur dégradation par le protéasome.

Les deux grands problèmes que la cellule doit résoudre

Premier problème : répartir correctement les chromosomes.

• Chaque cellule fille doit recevoir un exemplaire de chaque chromosome.

Deuxième problème : répartir le contenu cytoplasmique.

• Les cellules filles doivent également récupérer des constituants nécessaires à leur fonctionnement.

• La fiche insiste surtout sur la difficulté de répartir de longues molécules d'ADN sans les emmêler ni les casser.

• C'est pour cela que l'ADN se condense en chromosomes pendant la mitose.

Ce qui doit se produire avant la mitose

1. Réplication des chromosomes

• Pendant la phase S, les molécules d'ADN sont répliquées.

• Chaque chromosome possède alors deux chromatides sœurs.

2. Duplication du centrosome

• La fiche indique également que le centrosome est dupliqué pendant le cycle, en préparation de la division.

• Le centrosome est le principal centre organisateur des microtubules dans de nombreuses cellules animales.

• → Il contribue à la formation du fuseau mitotique.

prophase

• phase la plus longue de la mitose, représentant environ la moitié de sa durée dans l'exemple présenté.

• En interphase, la chromatine est globalement moins condensée→ Lors de la prophase, elle se condense progressivement.→Les chromosomes deviennent plus visibles.

• chaque chromosome est constitué de deux chromatides sœurs.

• La transcription de nombreux gènes est fortement inhibée pendant cette étape.

• Les deux centrosomes commencent à s'éloigner l'un de l'autre.

• Formation du fuseau mitotique: composé de microtubules et de protéines associées. On distingue notamment

  • Les microtubules astraux.

  • Les microtubules polaires, ou interpolaires.

  • Les microtubules kinétochoriens

• Les microtubules astraux.

• Les microtubules polaires, ou interpolaires.

• Les microtubules kinétochoriens

centrosomes role

réorganise le microtubule

Le rôle des microtubules polaires

Les microtubules interpolaires participent à l'organisation du fuseau et à l'écartement des pôles.

Les microtubules sont constitués

tubuline

Fin de prophase

• Les chromosomes sont condensés.

• Les centrosomes sont positionnés vers les pôles.

• L'enveloppe nucléaire commence à se désorganiser.

La prométaphase

• courte

• permet la connexion entre les chromosomes et le fuseau mitotique.

• Disparition de l'enveloppe nucléaire

• réorganisation du RE et du Golgi en structures membranaires permettant leur répartition.

• Le kinétochore

kinétochore

• =complexe protéique assemblé au niveau de la région centromérique d'un chromosome.

• Il sert de point d'attache aux microtubules.

La dynamique des microtubules

ls peuvent :

• Se polymériser : s'allonger.

• Se dépolymériser : se raccourcir.

Cette dynamique permet aux microtubules de rechercher et capturer les kinétochores.

Attachement unipolaire et bipolaire pendant la pormétaphase :

Attachement unipolaire

• Au début, un chromosome peut être capturé par des microtubules provenant d'un seul pôle= attachement unipolaire.

• Il ne permet pas encore une séparation correcte des deux chromatides.

Attachement bipolaire

• Des microtubules issus du pôle opposé vont ensuite s'associer au kinétochore de l'autre chromatide sœur.

• Le chromosome devient connecté aux deux pôles.

• Cette bi-orientation est nécessaire à la séparation correcte des chromatides pendant l'anaphase.

Déplacement vers la plaque métaphasique

Grâce à la dynamique des microtubules et aux forces exercées par le fuseau, les chromosomes se déplacent vers le plan médian de la cellule(= plaque métaphasique)

métaphase

• Alignement des chromosomes au niveau de la plaque métaphasique.

• Chaque chromosome dupliqué possède encore deux chromatides sœurs.

• point de contrôle de l'attachement bipolaire: La cellule ne doit pas commencer la séparation des chromatides tant que les chromosomes ne sont pas correctement attachés au fuseau= checkpoint du fuseau/spindle assembly checkpoint.

Pourquoi est-ce que checkpoint du fuseau est essentiel ?

il surveille notamment les états d'attachement des kinétochores aux microtubules.

role des cohésines dans l’’anaphase

• Jusqu'ici, les chromatides sœurs étaient associées grâce à des complexes protéiques appelés cohésines.

• les cohésines assurent la cohésion entre les deux chromatides.

• Au début de l'anaphase, une enzyme appelée séparase permet le clivage de certaines cohésines.

• Les chromatides peuvent alors se séparer.

• Dès qu'elles deviennent indépendantes, on les considère comme des chromosomes distincts.

deux phases de l’anaphase

L'anaphase A

• rapprochement des chromosomes vers les pôles du fuseau.

• raccourcissement des microtubules kinétochoriens.→ Leur dépolymérisation participe au mouvement chromosomique.

L'anaphase B

• l'éloignement des deux pôles du fuseau.→ cellule s'allonge.

• microtubules interpolaires et des moteurs moléculaires contribuent à cet écartement.

• début de l'étranglement médian par un système contractile d'actine et de myosine.

Le système actomyosine

• L'actine et la myosine participent à la formation d'un anneau contractile.

• Cet anneau peut progressivement resserrer la membrane au niveau du plan médian.→Cela contribue à séparer la cellule en deux.

télophase

• Les chromosomes atteignent les pôles

• Chaque pôle possède un lot de chromosomes (constitués d'une seule chromatide après leur séparation en anaphase

• Les chromosomes commencent à se décondense­r pour retrouver une organisation chromatinienne compatible avec les fonctions du noyau en interphase.

• Reformation de l'enveloppe nucléaire

• L'anneau contractile: fibres d'actine et de myosine poursuivent leur contraction.

cytokinèse/cytodiérèse

= séparation physique des deux cytoplasmes.

• implique étape appelée abscission,=la connexion résiduelle entre les cellules est coupée.

Le crossing-over

correspond à un échange réciproque de segments d'ADN entre chromatides non sœurs de chromosomes homologues.→brassage intrachromosomique.

La séparation des homologues

Lors de l'anaphase I, les deux chromosomes homologues se séparent.

• Les deux chromatides sœurs d'un chromosome restent encore associées.

Entre méiose I et méiose II

cytocinèse peut se produire entre les deux divisions.

Il n'y a pas de nouvelle phase … avec réplication complète de l'ADN entre méiose I et méiose II.

S

méiose II

1. Métaphase II: Les chromosomes s'alignent sur une plaque métaphasique.

2. Anaphase II: Les chromatides sœurs se séparent.→Elles deviennent des chromosomes indépendants.

3. Télophase II: Les lots chromosomiques sont répartis et les noyaux peuvent se reformer.

4. Cytocinèse: Les cytoplasmes se séparent.

→ Le bilan classique est de quatre cellules haploïdes, possédant chacune des chromosomes à une chromatide.

La prophase I : les cinq sous-phases

qu'est-ce que le complexe synaptonémal ?

= structure protéique qui se forme entre les chromosomes homologues.

• Elle contribue à maintenir leur association sur une grande partie de leur longueur.

• un complexe situé entre les chromatides : entre les axes des deux chromosomes homologues, chacun possédant déjà deux chromatides.

L'association étroite des homologues est appelée .

synapsis