UE7 : du chromosome à l' ADN

Qu’est-ce que l’enveloppe nucléaire et quels sont ses rôles ?

Enveloppe double des cellules eucaryotes composée d’une membrane interne et externe séparées par un espace périnucléaire ; elle régule sélectivement les échanges bidirectionnels noyau/cytoplasme, organise les chromosomes, participe à la forme du noyau et séquestre les ARN immatures.

Avec quoi la membrane interne et la membrane externe de l’enveloppe nucléaire sont-elles associées ?

Membrane interne : lamines formant la lamina nucléaire et protéines en interaction avec la chromatine ; membrane externe : en continuité avec le REG et porte des ribosomes.

Qu’est-ce que le nucléole ?

Sous-domaine nucléaire sans membrane, généralement présent en 1 à 5 exemplaires ; il contient les gènes des ARNr, synthétise/mature les ARNr et participe à l’assemblage des sous-unités ribosomiques.

Quels sont les rôles du nucléole et que devient-il pendant la mitose ?

Il synthétise les ARNr et assemble les ribosomes ; il est désassemblé pendant la mitose puis se reforme en télophase. Son inactivation mitotique dépend du couple CDK-cycline/MPF.

Quels ARNr sont associés aux sous-unités 40S et 60S ?

40S : ARNr 18S + 33 protéines ; 60S : ARNr 28S, 5,8S et 5S + 49 protéines.

Quelles ARN polymérases synthétisent les ARNr ?

Pol I synthétise les ARNr 18S, 28S et 5,8S au nucléole ; Pol III synthétise l’ARNr 5S dans le nucléoplasme, puis il est assemblé dans la sous-unité 60S.

Qu’est-ce qu’une NOR ?

Région organisatrice du nucléole contenant les gènes ribosomiques ; plusieurs NOR s’associent en sortie de mitose pour reformer le nucléole.

Qu’est-ce que la chromatine et quand est-elle la plus condensée ?

Complexe ADN-protéines ; elle est décondensée en interphase et atteint sa compaction maximale en métaphase sous forme de chromosome métaphasique.

Qu’est-ce que l’euchromatine ?

Chromatine décondensée en interphase, accessible aux facteurs de transcription et fonctionnellement active.

Qu’est-ce que l’hétérochromatine constitutive ?

Chromatine toujours condensée, riche en séquences répétées en tandem, généralement non codantes mais à rôle structural/protecteur ; elle comprend notamment les centromères, télomères et régions péricentromériques.

Qu’est-ce que l’hétérochromatine facultative ?

Chromatine dont la condensation dépend du type et du cycle cellulaire ; elle permet une répression transcriptionnelle réversible, par exemple l’inactivation d’un chromosome X formant le corpuscule de Barr.

Quel est le rôle du centromère et du kinétochore ?

Le centromère maintient les chromatides sœurs et sépare le chromosome en deux bras ; le kinétochore, complexe protéique associé au centromère, relie les chromosomes aux microtubules du fuseau et permet leur séparation en anaphase.

Que sont les télomères et quelles sont leurs fonctions ?

Segments terminaux des chromosomes constitués notamment de répétitions TTAGGG ; ils protègent les extrémités contre les nucléases, empêchent les fusions, évitent leur reconnaissance comme cassures double brin et participent à la réplication des extrémités.

Qu’est-ce que le complexe Shelterin ?

Complexe de 6 protéines qui stabilise la boucle télomérique et protège les extrémités des chromosomes.

Comment l’ADN est-il compacté autour des histones ?

Les histones H2A, H2B, H3 et H4 forment un octamère ; l’ADN s’enroule presque 2 fois autour de celui-ci pour former un nucléosome, puis les nucléosomes forment un nucléofilament.

Quel est le rôle de l’histone H1 et du solénoïde ?

H1 se fixe entre deux nucléosomes et permet une compaction supplémentaire ; selon le modèle du cours, le nucléofilament forme une fibre de 30 nm appelée solénoïde, avec 6 nucléosomes par tour.

Pourquoi la chromatine est-elle dynamique ?

Son niveau de compaction varie pour permettre l’accès aux protéines impliquées dans la réplication, transcription, réparation et recombinaison.

Qu’est-ce qu’un nucléoside et un nucléotide ?

Nucléoside = base azotée + pentose ; nucléotide = base + pentose + 1 à 3 phosphates.

Quelles liaisons caractérisent un nucléotide ?

Base-sucre : liaison N-β-osidique ; sucre-phosphate : liaison phosphoester ; entre phosphates : liaison phosphoanhydride.

Quelles sont les bases puriques et pyrimidiques ?

Puriques : adénine A et guanine G, à 2 cycles ; pyrimidiques : cytosine C, thymine T et uracile U, à 1 cycle.

Comment s’apparient les bases et quelle règle de Chargaff faut-il connaître ?

A-T par 2 liaisons hydrogène et G-C par 3 ; donc autant de A que de T et autant de G que de C.

Quelles sont les différences entre ADN et ARN ?

ADN : désoxyribose avec H en 2’, thymine, généralement bicaténaire ; ARN : ribose avec OH en 2’, uracile, généralement monocaténaire.

Dans quel sens se fait la lecture des acides nucléiques et quelle liaison unit les nucléotides ?

Les séquences sont lues 5’→3’ ; les nucléotides sont reliés par des liaisons 3’-5’ phosphodiester ; extrémité 5’ = phosphate libre, extrémité 3’ = OH libre.

Quels rôles métaboliques importants ont les nucléotides ?

Ils activent certaines molécules et participent aux coenzymes comme NAD/NADPH/FAD ; ATP et GTP sont riches en énergie et AMP a un potentiel énergétique faible.

Quel est le rôle de l’ATP pour les kinases ?

L’ATP fournit le phosphate lors des phosphorylations et devient alors ADP ; les phosphatases retirent un phosphate sans consommer d’ATP.

Qu’est-ce que la réplication de l’ADN et quand a-t-elle lieu ?

Doublement de la quantité d’ADN avant la mitose ; elle a lieu en phase S du cycle cellulaire.

Combien de chromosomes et chromatides trouve-t-on en G1, S et G2 chez l’humain ?

G1 : 46 chromosomes à 1 chromatide ; S : 46 chromosomes mais la quantité d’ADN augmente ; G2 : 46 chromosomes à 2 chromatides, soit 92 chromatides.

Qu’est-ce que le modèle semi-conservatif de réplication ?

Chaque molécule fille contient un brin parental et un brin nouvellement synthétisé ; il est démontré par Meselson et Stahl.

Quels sont les résultats essentiels de l’expérience de Meselson et Stahl ?

Après 1 génération en 14N : ADN hybride 15N/14N ; après 2 générations : ADN hybride + ADN léger 14N/14N ; les molécules hybrides persistent mais deviennent minoritaires.

Qu’est-ce qu’une origine de réplication et combien de fourches en partent ?

Une origine est une région où débute la réplication ; 2 fourches de réplication en partent et progressent en sens opposés.

Qu’est-ce qu’un réplicon ?

Unité de réplication correspondant à la région comprise entre deux fourches convergentes ; la réplication est donc bidirectionnelle.

Que se passe-t-il lors de la pré-réplication en G1 ?

Le complexe ORC reconnaît l’origine ; CDT1 et CDC6 permettent le chargement du complexe MCM ; la géminine inhibe CDT1 jusqu’à sa dégradation.

Quand le complexe de pré-réplication est-il activé ?

Il est assemblé en fin de G1 mais reste inactif ; en phase S, CDT1 et CDC6 sont éliminés, ce qui permet l’activation de MCM et le début de la réplication.

Quel est le rôle du complexe MCM ?

Il possède une activité hélicase et sépare les deux brins de l’ADN en rompant les liaisons hydrogène.

Quels sont les rôles des RPA/SSB et des topoisomérases ?

RPA/SSB stabilisent les brins simples ; les topoisomérases I et II détendent l’ADN en amont de la fourche et peuvent couper respectivement un ou deux brins.

Quelles sont les caractéristiques d’une fourche de réplication ?

La réplication est bidirectionnelle mais la polymérisation est toujours 5’→3’ ; les brins sont antiparallèles et la fourche est asymétrique avec un brin direct et un brin retardé.

Quel est le rôle de l’ADN polymérase α ?

Elle possède une activité primase et polymérase ; elle synthétise une amorce ARN d’environ 10-20 nucléotides puis un court fragment d’ADN ; elle n’a pas d’activité exonucléase 3’→5’.

Quelles sont les fonctions des ADN polymérases α, δ et ε ?

α : synthèse des amorces ; δ : réplication du brin retardé + réparation BER/NER ; ε : réplication du brin direct + réparation BER/NER.

Quelles sont les différences de processivité et de proofreading des polymérases α, δ et ε ?

α : faible processivité et pas d’exonucléase 3’→5’ ; δ et ε : forte processivité et activité exonucléase 3’→5’.

Qu’est-ce qu’un brin direct et un brin retardé ?

Brin direct/précoce : synthèse continue par Pol ε dans le sens de progression de la fourche ; brin retardé/indirect : synthèse discontinue par Pol δ dans le sens opposé à la progression de la fourche.

Qu’est-ce qu’un fragment d’Okazaki et quelle est sa taille ?

Fragment d’ADN synthétisé sur le brin retardé ; selon le cours, environ 100 à 200 nucléotides.

Comment sont terminés les fragments d’Okazaki ?

Les amorces ARN sont détruites, les brèches sont comblées par Pol δ puis l’ADN ligase relie les fragments entre 5’P et 3’OH.

Comment se fait chimiquement l’élongation de l’ADN ?

Le 3’-OH du brin en croissance attaque le phosphate du dNTP entrant, avec libération de PPi et formation d’une liaison phosphodiester ; les nucléotides sont ajoutés selon la complémentarité.

Qu’est-ce que le proofreading ?

Correction immédiate des nucléotides mal incorporés par une activité exonucléase 3’→5’ de la polymérase ; elle agit en sens inverse de la polymérisation 5’→3’.

Pourquoi les télomères raccourcissent-ils ?

Après retrait de la dernière amorce ARN du brin retardé, l’extrémité terminale ne peut pas être correctement remplacée, entraînant une perte progressive d’ADN télomérique.

Quel est le rôle et l’activité de la télomérase ?

Elle maintient la longueur des télomères ; c’est une transcriptase inverse utilisant son propre ARN comme matrice pour synthétiser de l’ADN.

Quand la télomérase est-elle active ?

Elle est active notamment pendant l’embryogenèse et devient largement inactive après la naissance, sauf dans certains compartiments comme les cellules souches adultes et cellules germinales ; les cellules tumorales peuvent la surexprimer.

Que sont les brins H et L de l’ADN mitochondrial ?

H = brin lourd et L = brin léger selon leur densité ; l’ADN mitochondrial est circulaire et possède notamment les origines OriH et OriL.

Qu’est-ce qu’un polymorphisme ?

Coexistence de plusieurs allèles à un locus avec une fréquence de l’allèle rare supérieure à 1 % dans la population ; il participe à la diversité génétique.

Quels sont les principaux polymorphismes à connaître ?

Polymorphismes de restriction, de répétition et SNP ; les répétitions comprennent notamment VNTR/minisatellites et STR/microsatellites.

Qu’est-ce qu’un SNP ?

Single Nucleotide Polymorphism : variation portant sur un seul nucléotide, généralement bi-allélique.

Qu’est-ce qu’un polymorphisme de restriction ?

Variation modifiant un site reconnu par une endonucléase de restriction ; elle peut faire disparaître ou apparaître un site et se détecte par digestion enzymatique.

Qu’est-ce qu’un polymorphisme de répétition et à quoi sert-il ?

Variation du nombre de répétitions en tandem d’une séquence ; les VNTR et STR peuvent être utilisés pour distinguer les individus et réaliser des empreintes ADN.

Les polymorphismes peuvent-ils modifier une protéine ?

Oui : certains polymorphismes fonctionnels peuvent modifier un acide aminé ou la protéine finale, même si les polymorphismes sont généralement non pathogènes.

Qu’est-ce qu’une mutation selon le cours ?

Toute modification de l’information génétique décelable par un changement brusque et héréditaire intervenant au niveau d’un ou plusieurs caractères ; en génétique humaine, elle est notamment définie par sa conséquence pathogénique.

Quels sont les principaux types de mutations de séquence ?

Substitutions, insertions, duplications et délétions.

Quelle différence entre transition et transversion ?

Transition = purine↔purine ou pyrimidine↔pyrimidine ; transversion = purine↔pyrimidine.

Qu’est-ce qu’un frameshift et quand apparaît-il ?

Décalage du cadre de lecture dû à une insertion/délétion d’un nombre de nucléotides qui n’est pas un multiple de 3 ; une délétion/insertion de 3n nucléotides ne décale pas le cadre.

Comment fonctionne le cadre de lecture lors de la traduction ?

Le ribosome lit l’ARNm 5’→3’ par groupes de 3 nucléotides ; la traduction débute au codon AUG et se termine à UAA, UAG ou UGA.

Quelles sont les grandes catégories de conséquences d’une mutation ?

Elle peut être sans conséquence, modifier un acide aminé, créer un STOP, provoquer un frameshift ou perturber l’expression, la régulation ou l’épissage.

Qu’est-ce qu’une mutation conditionnelle ?

Mutation dont la perte ou modification de fonction n’est observée que dans certaines conditions environnementales précises.

Qu’est-ce qu’une mutation synonyme/silencieuse ?

Variation nucléotidique exonique ne modifiant pas la séquence en acides aminés grâce à la dégénérescence du code génétique.

Qu’est-ce qu’une mutation non-sens ?

Mutation créant un codon STOP prématuré, souvent responsable d’une protéine tronquée et généralement d’une perte de fonction.

Qu’est-ce qu’une mutation faux-sens ?

Substitution entraînant le remplacement d’un acide aminé par un autre.

Quelles sont les principales causes de lésions/mutations spontanées ?

Erreurs de réplication, glissement de polymérase, oxydation, désamination et dépurination.

Qu’est-ce qu’une oxydation de l’ADN ?

Modification chimique d’une base, notamment par des espèces réactives ; la 8-oxoguanine est un exemple de lésion oxydative.

Qu’est-ce qu’une désamination ?

Perte d’un groupement amine d’une base ; par exemple la cytosine peut devenir uracile.

Qu’est-ce qu’une dépurination ?

Hydrolyse de la liaison N-glycosidique entraînant la perte d’une base purique A ou G et la formation d’un site AP.

Que provoque une dépurination lors d’une réplication ultérieure ?

La polymérase ne sait pas quelle base placer en face du site AP, ce qui peut entraîner une erreur d’incorporation puis une mutation.

Qu’est-ce qu’une alkylation de l’ADN ?

Ajout d’un groupement alkyle sur une base ; l’O6-méthylguanine peut notamment s’apparier avec T et provoquer au cycle suivant une transition GC→AT.

Quel est l’effet des UV sur l’ADN ?

Ils provoquent notamment des dimères de thymine, avec liaison covalente entre deux thymines adjacentes et distorsion de l’ADN.

Quel est l’effet du bromure d’éthidium ?

C’est un agent intercalant qui s’insère entre les bases, provoque une torsion de la double hélice et peut favoriser des insertions/délétions.

Quels sont des agents mutagènes importants du cours ?

UV, radiations ionisantes, benzopyrènes, nitrosoguanines, aflatoxine B1 et agents intercalants comme le bromure d’éthidium.

Qu’est-ce qu’un mésappariement et quand devient-il une mutation ?

Association incorrecte entre deux nucléotides ; s’il n’est pas corrigé avant la réplication suivante, il peut être fixé dans le génome et devenir une mutation.

Quelle différence entre mutation constitutionnelle et somatique ?

Constitutionnelle : présente dans toutes les cellules, y compris la lignée germinale, donc potentiellement transmissible ; somatique : acquise dans les cellules somatiques et non transmise à la descendance.

Comment se transmet l’ADN mitochondrial ?

Chez l’être humain, il est transmis essentiellement par la mère ; il s’agit d’une transmission cytoplasmique non mendélienne.

Quelles sont les principales transmissions mendéliennes ?

Autosomique dominante, autosomique récessive et liée à l’X.

Que signifient les classes de variants 1 à 5 ?

Classe 1 = non pathogène ; classe 2 = probablement non pathogène ; classe 3 = signification inconnue ; classe 4 = probablement pathogène ; classe 5 = pathogène.

Qu’est-ce qu’un gain de fonction ?

Mutation donnant une nouvelle fonction ou potentialisant une fonction existante ; elle est généralement dominante. Exemple du cours : RAS muté, activé en permanence.

Qu’est-ce qu’une perte de fonction ?

Mutation abolissant ou diminuant la fonction d’une protéine ; elle est généralement récessive et peut toucher des gènes suppresseurs de tumeur comme RB1.

Qu’est-ce que l’hétérogénéité inter-locus et intra-locus ?

Inter-locus : mutations de gènes différents donnant un même phénotype ; intra-locus : mutations différentes d’un même gène donnant des phénotypes différents.

Quel est le rôle général de la réparation de l’ADN ?

Maintenir la stabilité du génome en corrigeant les erreurs et lésions ; les défauts de réparation favorisent mutations, cancers et maladies héréditaires.

Quels sont les principaux systèmes de réparation selon le nombre de brins lésés ?

Un seul brin : BER ou NER ; deux brins : recombinaison homologue HR ou recombinaison non homologue NHEJ.

Quels sont les deux mécanismes de correction des erreurs réplicatives ?

Proofreading 3’→5’ de l’ADN polymérase, qui corrige immédiatement les erreurs, et système MMR qui corrige les mésappariements/petites boucles ayant échappé au proofreading.

Que reconnaît le système MMR ?

Les mésappariements portant sur un seul nucléotide et les petites boucles de nucléotides non appariés, notamment lors des répétitions.

Quels systèmes MMR existent chez les procaryotes et les eucaryotes ?

Procaryotes : système MutHLS ; eucaryotes : système MSH/MLH.

Comment fonctionne le système MutHLS ?

MutS reconnaît le mismatch, MutL intervient puis MutH coupe le brin néosynthétisé identifié grâce à l’hémiméthylation ; le segment contenant l’erreur est excisé puis resynthétisé à partir du brin parental.

Que signifie l’hémiméthylation dans MutHLS ?

Le brin parental est méthylé tandis que le brin nouvellement synthétisé ne l’est pas encore, permettant d’identifier le brin à corriger.

Quels complexes MSH/MLH sont indiqués dans le cours pour les eucaryotes ?

Pour les mismatch simples : MLH1, MSH2, MSH6 et PMS2 ; pour les petites boucles, MSH6 est remplacée par MSH3.

Quels sont les deux grands types de réparation post-réplicative selon le cours ?

Restauration sans coupure du brin, par exemple désalkylation, ou excision/remplacement de la zone incorrecte par coupure d’un ou deux brins.

Qu’est-ce que la réparation BER ?

Réparation par excision de base, notamment des bases modifiées par oxydation, alkylation/méthylation ou éliminées par dépurination.

Quelles sont les étapes principales de la BER ?

Une ADN glycosylase reconnaît et retire la base lésée → formation d’un site AP → AP endonucléase coupe → réparation par polymérase → ligase.

Quelles polymérases interviennent dans la BER ?

Pour un seul nucléotide : Pol β ; pour plusieurs nucléotides : Pol δ ou ε ; puis intervention de la dRPase et d’une ADN ligase.

Qu’est-ce que la réparation NER ?

Réparation par excision de nucléotides des lésions provoquant une forte distorsion de la double hélice, notamment dimères de thymine et adduits de carcinogènes.

Quelles sont les étapes et protéines importantes du NER ?

Reconnaissance par RPA/XPA et XPC-HR23 → ouverture par TFIIH → XPG coupe en 3’ et XPF en 5’ → Pol δ/ε comble → ligase I referme.

Quelles ligases interviennent dans BER et NER ?

Ligase I intervient dans BER et NER ; ligase III intervient uniquement dans BER selon le cours.

Qu’est-ce que la recombinaison homologue HR ?

Réparation des cassures double brin utilisant une copie homologue intacte comme modèle ; elle est fidèle et fortement liée à BRCA1/BRCA2.

Quand la recombinaison homologue est-elle particulièrement importante ?

En phase G2, lorsque deux copies identiques de l’information génétique sont disponibles après réplication.

Qu’est-ce que la NHEJ ?

Réparation des cassures double brin par réunion directe des extrémités sans matrice ; elle est peu fidèle et peut provoquer mutations, translocations et instabilité chromosomique.

Quels sont les principaux checkpoints liés à la réparation de l’ADN ?

Checkpoints G1/S et G2/M ; ils impliquent notamment ATM, p53/p21, Cdk2 et Rb/E2F.