Cours de Biologie Cellulaire PACES 2011-2012 Le Noyau Réjane PAUMELLE-LESTRELIN Laboratoire de Biologie Cellulaire- 3ème étage- Aile Est Inserm U1011,...

« Cours de Biologie Cellulaire PACES 2011-2012 Le Noyau Réjane PAUMELLE-LESTRELIN Laboratoire de Biologie Cellulaire- 3ème étage- Aile Est Inserm U1011, Faculté de Médecine Pôle Recherche [email protected] Ouvrage de référence : Biologie Moléculaire de la cellule – 4ème édition Le Noyau Mardi 25 octobre Mardi 8 novembre Mardi 15 novembre Mardi 22 novembre ED 2 : 30 Novembre 2 Décembre Le Noyau I.

Introduction 1.

Le génome humain 2.

Le noyau interphasique II.

L ’ADN eucaryote est empaqueté dans les chromosomes 1.

Structure de l’ADN 2.

Structure des chromosomes 3.

Les différents niveaux d’empaquetage III.

Organisation du noyau interphasique 1.

Structure de l ’enveloppe nucléaire 2.

Structure de la lamina 3.

Structure du nucléole IV.

Activité du noyau 1.

Trafic par les pores nucléaires 2.

Transcription 3.

Réplication des chromosomes Organisation du génome humain Génome humain Génome nucléaire (25 000 gènes environ) Séquences transcrites 58 % ADN codant 1,5 % Pseudo-gènes ADN non transcrit 42 % ADN non codant 56,5 % Fragments de gènes Génome mitochondrial 37 gènes Peu répétitif 8 % Introns 30 % , Séquences non traduites Répétitif 34 % I.

Introduction: le génome humain ADN dans une cellule diploïde : 6,4.109 paires de nucléotides 23 paires de chromosomes 1 chromosome : 50 à 250.106 paires de nucléotides 1,7 à 8,5 cm Diamètre d’un lymphocyte circulant : 10 µm Volume d’un noyau : 5 µm3 Volume d’ADN par cellule : 1,9 µm3 I.

Introduction: le noyau interphasique Schéma d’une cellule eucaryote Nucléole Enveloppe nucléaire Chromatine Nucléoplasme 5 à 50 µm I.

Introduction: le noyau interphasique Membrane externe Membrane interne mitochondrie Reticulum endoplasmique chromatine Pore nucléaire nucléole hétérochromatine euchromatine Le Noyau 7 I.

Introduction: le noyau interphasique Cytoplasme Lamina Nucléole Pore nucléaire Nucléoplasme Chromatine Membrane externe Espace périnucléaire Membrane interne Réticulum endoplasmique RE Le Noyau I.

Introduction 1.

Le génome humain 2.

Le noyau interphasique II.

L ’ADN eucaryote est empaqueté dans les chromosomes 1.

Structure de l’ADN 2.

Structure des chromosomes 3.

Empaquetage de l’ADN dans les chromosomes III.

Organisation du noyau interphasique 1.

Structure de l ’enveloppe nucléaire 2.

Structure de la lamina 3.

Structure du nucléole IV.

Activité du noyau 1.

Trafic par les pores nucléaires 2.

Transcription 3.

Réplication des chromosomes II.

1.

Structure de l’ADN Une molécule d ’ADN est composée de 2 chaînes de nucléotides complémentaires Squelette désoxyribose-phosphate de l’ADN Les 4 bases azotées de l’ADN bases 5’ désoxyribose Thymine Cytosine Liaisons hydrogène 3’ Pont 5’ phosphodiester Simple brin Double hélice Microscopie électronique de l’ADN Adénine Guanine 3’ Liaisons hydrogènes entre les bases A et T et G et C La double hélice d’ADN Squelette ribosephosphate Liaisons hydrogènes bases Pas de l’hélice : 3,4 nm Grand sillon Petit sillon Vue simplifiée du cycle cellulaire Enveloppe nucléaire Transcription Réplication Chromosome en interphase Fuseau mitotique Mitose Chromosome mitotique Division cellulaire II.

2.

Structure des chromosomes Télomère Origines de réplication Centromère Origines de réplication Télomère Chromosome à 1 chromatide Chromosome à 2 chromatides Fuseau mitotique Chromosomes fils à 1 chromatide dans 2 cellules Organisation des centromères et des télomères dans le noyau Centromères Télomères Anaphase (Mitose) Interphase Chromosome interphasique Chromosome mitotique centromère II.

3.

Empaquetage de l’ADN: fibre nucléosomique Fibre nucléosomique en collier de perles Préparation des échantillons pour la microscopie électronique des acides nucléiques 16 ADN de liaison Noyau d’histones du nucléosome Fibre nucléosomique nucléosome nucléase 200 bp Noyau du nucléosome Dissociation ( sels) octamère d’histones ADN 147 bp dissociation H2A H2B H3 H4 Histones nucléosomiques 102 à 135 Ac Aminés Hautement conservées 60 106/cellule = masse ADN Fibre nucléosomique en collier de perles Préparation des échantillons pour la microscopie électronique des acides nucléiques Fibre nucléosomique 1 molécule d’ADN 5 cm x 2 nm  ADN nucléosomique 2 cm x 11 nm Nucléosome : 8 histones 2 H2A, 2 H2B 2 H3, 2 H4 II.

3.

Empaquetage de l’ADN: fibre chromatinienne Fibre chromatinienne Fibre nucléosomique 2 cm x 11 nm  Fibre chromatinienne 1,2 mm x 30 nm Histone H1 Nucléosome 11 nm Interaction avec l’ADN Histone H1 220 Ac Aminés Beaucoup moins bien conservée Interaction entre les H1 Empilement des nucléosomes Fibre chromatinienne Fibre nucléosomique 2 cm x 11 nm  Fibre chromatinienne 1,2 mm x 30 nm Histone H1 Nucléosome 11 nm Interaction avec l’ADN 30 nm Interaction entre les H1 Empilement des nucléosomes Irrégularité de l’organisation de la fibre chromatinienne Protéines de liaison à des séquences spécifiques d’ADN Fibre de 30 nm Remodelage de la chromatine Complexe de remodelage A Nucléosomes remodelés Nucléosomes repositionnés Complexe de remodelage B Protéines de liaison à des séquences spécifiques d’ADN Expression de gènes, réplication de l’ADN et autres Le Noyau processus qui nécessitent l’accès à l’ADN empaqueté dans les nucléosomes Régulation de l’interaction ADN-Histones + +NH2 + Lys + + ++ • Histone H2A H2B H3 H4 Acétyl-lysines CH3-C-NH-Lys II O Acétylation HAT COOH Désacétylation HDAC Acétylation HAT • Histone H1 H1 ATP + kinase Phosphatase H1-P Fixation forte à l’ADN Condensation/Décondensation de la fibre chromatinienne = la structure de la chromatine est hautement dynamique • Par les complexes de remodelage de la chromatine • Par les modifications des queues Nt des histones • Par phosphorylation/déphosphorylation de l’histone H1 Déphosphorylation Histone H1 Histone H1-P Décondensation localisée II.

3.

Empaquetage de l’ADN: repliement en boucle Repliement en boucle de la fibre chromatinienne 20 000 à 100 000 bp fibre 30 nm Fibre 30 nm Fibre 30 nm Matrice nucléaire MAR Séquences d’attachement à la matrice 300 nm Chromosome en écouvillon (chez l’amphibien) Hétérochromatine  Euchromatine Hétérochromatine •Dense aux électrons •Condensée •Fixe les colorants •S’agrège contre la lamina •10% du génome en interphase •pas d ’activité transcriptionnelle •constitutive (ADN satellites autour des centromères) •facultative (dépend du type cellulaire) Euchromatine •Peu dense aux électrons •  décondensée •90 % de fibre chromatinienne •10 % de fibre nucléosomique (Zones actives de la chromatine) •Fixe peu les colorants La chromatine est moins condensée dans les régions qui ont une activité transcriptionnelle Fibre 30 nm Boucle Haut niveau d’expression des gènes Enzyme de modification des histones Complexe de remodelage de la chromatine ARN polymerase Matrice nucléaire La chromatine est moins condensée dans les régions qui ont une activité transcriptionnelle Gène décondensé prêt à être transcrit Chromatine inactive Gène en cours de transcription DNase I ADN dégradé 2 nm 11 nm 30 nm 300 nm Double hélice d’ADN 5 cm Fibre nucléosomique 2 cm Fibre chromatinienne 1,2 mm Euchromatine Ruban étalé du chromosome Hétérochromatine 100 µm Dans une cellule en interphase 700 nm 1400 nm Partie condensée d’un chromosome métaphasique chromosome métaphasique entier 5 µm Condensation complète du chromosome Le Noyau I.

Introduction 1.

Le génome humain 2.

Le noyau interphasique II.

L ’ADN eucaryote est empaqueté dans les chromosomes 1.

Structure de l’ADN 2.

Structure des chromosomes 3.

Empaquetage de l’ADN dans les chromosomes III.

Organisation du noyau interphasique 1.

Structure de l ’enveloppe nucléaire 2.

Structure de la lamina 3.

Structure du nucléole IV.

Activité du noyau 1.

Trafic par les pores nucléaires 2.

Transcription 3.

Réplication des chromosomes III.

1.

Structure de l’enveloppe nucléaire Enveloppe nucléaire Membrane externe Membrane Membrane RE interne Lumière RE Espace perinucléaire Complexe du Le Noyau pore nucléaire Lamina nucléaire III.

1.

Structure de l’enveloppe nucléaire Noyau Chromatine Lamina 35 nm 20 nm ribosome Cytoplasme Protéines : 70 % protéines spécifiques, interaction avec la lamina Lipides : 30 % phospholipides 90 % similitude avec le RE (moins d’AG insaturés) III.

2.

Structure de la lamina Dimère de lamines Lamines-P Déstructuration de l’enveloppe nucléaire + ATP + Kinase phosphatase Chromatine Noyau Lamina (30 à 100 nm) Rec à la lamine B LAP 1 et 2 35 nm Cytoplasme 20 nm ribosome Lamina III.

3.

Structure du nucléole nucléole (1 à 7 µm) Enveloppe nucléaire Nucléole Composant fibrillaire dense Composant granulaire Centre Fibrillaire Le Nucléole Chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22 ADN ARN Nucléole Protéines Cassure mécanique Boucles d’ADN Organisateurs nucléolaires Enveloppe nucléaire Nucléole 20 copies du gène codant pour les ARN ribosomaux par chromosome 10 chromosomes chez.... »