Université Hassan II AIN CHOCKFaculté de Médecine et de PharmacieCasablanca: Université Hassan II AIN CHOCK Faculté de Médecine et de Pharmacie Casablanca - Cours de Biologie - Pr. Tahiri Jouti N. Année Universitaire 2005-2006


Les Chromosomes: Les Chromosomes


I. Définition: I. Définition structures filamenteuses constitués de fibres de chromatine Support du matériel génétique apparaissent au moment de la division cellulaire Un chromosome est une structure. Chacun des chromosomes a une forme différente. Nous en avons 23 paires dans le noyau de chacune de nos cellules, 22 sont communes aux deux sexes. Les deux chromosomes restants sont les chromosomes sexuels. Chez la femme, ils forment une paire. On les appelle les chromosomes X. Chez l’homme, ils sont différents, l’un est un chromosome X et l’autre, beaucoup plus court est appelé chromosome Y. Les chromosomes sont particulièrement visibles au moment de la division cellulaire et ils sont en nombre différent selon les espèces. Le nombre de chromosomes varie dans certains types de cellules malades, en particulier dans les cellules cancéreuses, où en général, il augmente.


II. Composition biochimique (1): II. Composition biochimique (1) 1/ l’ADN : Chaque chromosome est formé d’une molécule d’ADN associée à des protéines ADN : - double chaîne de nucléotides - torsadée et antiparallèle


II. Composition biochimique (2): II. Composition biochimique (2) - La molécule d’ADN est formée : - de bases puriques (A et G) double cycle - de bases pyrimidiques (C et T) monocycliques Les 2 chaînes - sont liées par des liaisons hydrogènes - de façon complémentaire : A-T G-C


II. Composition biochimique (3): II. Composition biochimique (3) 2/ les protéines : les Histones et les protéines non histones - Les Histones (1) : - petites protéines basiques de 100 à 200 acides aminés - rôle structural - 60 millions de molécules par cellule


II. Composition biochimique (4): II. Composition biochimique (4) - les Histones (2) : 5 types qui forment 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 -


II. Composition biochimique (5): II. Composition biochimique (5) Les Non Histones : - protéines acides de petite taille - enzymes - rôle dans la régulation de l’expression du génôme


III. Organisation moléculaire(1): III. Organisation moléculaire(1) Nucléosome = Unité fondamentale de la chromatine Constitué de : Une particule cœur Une région de liaison ou Internucléosomale qui relie les particules coeurs


III. Organisation moléculaire (2): III. Organisation moléculaire (2) La particule cœur est composée : - 146 paires de bases (pb) d’ADN, enroulées autour de l’octamère protéique (diam=700nm haut.=550nm) La région internucléosomale : - est de longueur variable - H1 est insérée à ce niveau sur une longueur de 20 nucléotides


III. Organisation moléculaire (3): III. Organisation moléculaire (3) L’assemblage de l’ADN en chromatine comprend plusieurs étapes : 1/ formation des nucléosomes «colliers de perles» 2/ espacement régulier des nucléosomes ► formation du nucléofilament 3/ incorporation des histones internucléosomales et repliement du nucléofilament ► formation d’un solénoïde de 30 nm de diam


III. Organisation moléculaire (4): III. Organisation moléculaire (4) solénoïde comprend 6 nucléosomes par tour Soit 1Kb d’ADN → compaction de l’ordre de 200 fois Mais des niveaux supérieurs d’organisation sont nécessaires au fonctionnement du génôme


III. Organisation moléculaire (5): III. Organisation moléculaire (5) Le solénoïde se replie en boucles formant des rosettes Chaque rosette comprend 10 boucles de 100 Kb correspond à une unité fonctionnelle de transcription et de réplication de 1Mb


Compaction de l’ADN: Compaction de l’ADN


Modèle des sous unités radiaires: Modèle des sous unités radiaires


IV. Morphologie et nombre (1): IV. Morphologie et nombre (1) 1/ Morphologie - Visible sur le chromosome métaphasique - Le CHS présente 2 chromatides reliées par un centromère - Les extrémités du CHS sont appelées télomères


Chromosome métaphasique: Chromosome métaphasique


Différents niveaux de condensation de l'ADN : (1) Brin simple d'ADN. (2)Brin de chromatine (DNA with histones). (3) Chromatine au cours de l'interphase avec centromère. (4) Chromatine condensée au cours de la prophase. (Deux copies de la molécule d'ADN sont présentes) (5) au cours de la métaphase.: Différents niveaux de condensation de l'ADN : (1) Brin simple d'ADN. (2)Brin de chromatine (DNA with histones). (3) Chromatine au cours de l'interphase avec centromère. (4) Chromatine condensée au cours de la prophase. (Deux copies de la molécule d'ADN sont présentes) (5) au cours de la métaphase.


IV. Morphologie et nombre (2): IV. Morphologie et nombre (2) Le centromère (1) : - constriction primaire du CHS - portion où l’ADN n’est pas dupliqué - chaque CHS comporte un kinétochore (complexe protéique)


IV. Morphologie et nombre (3): IV. Morphologie et nombre (3) Le centromère (2) : - kinétochore : centre d’organisation des microtubules ► fixation des CHS au fuseau mitotique - les 2 chromatides sœurs unies de chaque côté du centromère


IV. Morphologie et nombre (4): IV. Morphologie et nombre (4) Le Télomère - extrémité des chromatides - séquence ADN répétitive empêchant les fusions avec d’autres CHS - rôle de ces séquences dans l’attachement à la lamina en particulier lors de la méïose


IV. Morphologie et nombre (5): IV. Morphologie et nombre (5) La constriction secondaire : - située au niveau des CHS 13,14,15,21 et 22 - correspond à l’Organisateur Nucléolaire =ADNr


IV. Morphologie et nombre (6): IV. Morphologie et nombre (6) 2/ Nombre : - variable selon l’espèce : drosophile : 8 Homme : 46 CHS souris : 40 rat : 42


IV. Morphologie et nombre (7): IV. Morphologie et nombre (7) - 22 paires d’Autosomes notés de 1 à 22 - 1 paire de gonosomes ou CHS sexuels XX chez la femme XY chez l’homme


V.Rôle des chromosomes (2): V.Rôle des chromosomes (2) Deux rôles principaux : - transmission du patrimoine génétique - expression des gènes


V.Rôle des chromosomes (2): V.Rôle des chromosomes (2) 1/ Transmission du patrimoine génétique : - Cellule mère →→ 2 cellules filles Mitose : étape du cycle cellulaire - formation des cellules germinales Méïose


Le cycle cellulaire : Le cycle cellulaire


a. le cycle cellulaire (1): a. le cycle cellulaire (1) Phase G1 : - phase de quiescence : cellule synthétise les protéines → croissance et fonctions cellulaires - phase de couplage entre la différentiation et la prolifération → intégration des signaux cellulaires ►la cellule active éventuellement les mécanismes moléculaires d'entrée en S.


a. le cycle cellulaire (2): a. le cycle cellulaire (2) - durée de G1 varie de quelques dizaines à plusieurs centaines d'heures ► réintégration du cycle cellulaire sous action d’un stimulus - G1 = plusieurs dizaines années dans certaines cellules : ces cellules sont hors cycle dans un état métabolique particulier appelé GO


a. le cycle cellulaire (8): a. le cycle cellulaire (8) - l'entrée en cycle : passage G1-S dépend de facteurs inducteurs externes(facteurs de croissances (FC) )jusqu'au milieu de G1. au-delà de cette période appelée point de restriction (point R) * l'entrée en S et * la progression du cycle surviennent même en l'absence de FC = mécanisme irréversible


a. le cycle cellulaire (3): a. le cycle cellulaire (3) Phase S : - durée varie de 6 à 20 heures - prolongée en cas de lésions de l'ADN devant être réparées - duplication de l’ADN - synthèse des histones


a.Le cycle cellulaire (4): a.Le cycle cellulaire (4) Duplication de l’ADN (1) - Semi-conservative : 1/ADN-polymérase ► ouverture de la double hélice 2/chaque demi-brin parental reconstitue le brin qui lui est complémentaire


a.Le cycle cellulaire (5): a.Le cycle cellulaire (5) Duplication de l’ADN (2) deux nouvelles structures d'ADN : formées de deux brins : le brin matrice et le brin néo-formé synthétisé au cours de la réplication. - Bicaténaire : Les deux brins sont répliqués simultanément


Duplication de l’ADN: Duplication de l’ADN


a. le cycle cellulaire (6): a. le cycle cellulaire (6) - Bidirectionnelle : Au site d'initiation , deux complexes de réplication - sont simultanément activés sur chacun des brins de la molécule mère - ils progressent dans les deux directions - Il y a plusieurs sites d’initiation : «fourches de réplication »


Duplication de l’ADN: Duplication de l’ADN


a. le cycle cellulaire (7): a. le cycle cellulaire (7) Phase G2 : - formation des complexes moléculaires qui vont déclencher la mitose - système de surveillance du génôme vérifie l'intégrité de l'ADN - durée d'environ 1 à 4 heures


b. la mitose (1): b. la mitose (1) La prophase : - chromatine se condense en structures très ordonnées et individualisées appelées chromosomes. - Les nucléoles se désagrègent. - deux copies identiques du génôme dans chaque cellule: les chromosomes constitués de deux chromatides = chromatides sœurs


b. la mitose (2): b. la mitose (2) le centrosome s'est dupliqué avant le début de la prophase ► le centrosome contient alors 4 centrioles


La prophase: La prophase


b. la mitose (3): b. la mitose (3) - les microtubules se réorganisent pour former le fuseau mitotique - structure bipôlaire qui s'étend entre les deux centrosomes mais reste à l'extérieur du noyau.


b. la mitose (4): b. la mitose (4) la prométaphase : Certains auteurs considèrent la prométaphase comme une partie de la prophase - la membrane nucléaire se désagrège sous forme de vésicules - Des complexes protéiques spécialisés : les kinétochores, se forment au niveau des centromères


La Prométaphase: La Prométaphase


b. la mitose (5): b. la mitose (5) - certains microtubules s'accrochent aux kinétochores : microtubules kinétochoriens relient chaque chromatide à un pôle - Les microtubules accrochés aux centrosomes : microtubules polaires - des microtubules qui ne font pas partie du fuseau mitotique forment l'aster : microtubules astraux


La prométaphase: La prométaphase microtubules kinétochoriens microtubules polaires microtubules astraux


b. la mitose (6): b. la mitose (6) La métaphase : - rassemblement des chromosomes condensés à l'équateur de la cellule ► la plaque équatoriale - alignement dans un plan situé à mi-chemin des deux pôles - réplication du centromère par duplication tardive de son ADN


La métaphase: La métaphase


La métaphase: La métaphase


b. la mitose (7): b. la mitose (7) L’anaphase : - les chromatides sœurs se séparent brutalement - elles sont « tirées » par les microtubules en direction du pôle - vitesse de migration d'environ 1µm/min


b. la mitose (8): b. la mitose (8) - déplacement des chromatides sur les microtubules kinétochoriens qui raccourcissent par dépolymérisation - les kinétochores permettent * d'« arrimer » une chromatide au microtubule * de les faire transporter le long des microtubules qui restent fixes..


b. la mitose (9): b. la mitose (9) - les microtubules polaires s'allongent ► les pôles du fuseau mitotique s'éloignent l'un de l'autre entrainant avec eux les chromatides.


L’Anaphase: L’Anaphase


L’Anaphase: L’Anaphase


b. la mitose (10): b. la mitose (10) La télophase - allongement des microtubules polaires - les microtubules kinétochoriens disparaissent. - décondensation des chromatides sœurs commence - l'enveloppe nucléaire et les nucléoles commencent à se reformer.


b. la mitose (11): b. la mitose (11) Cytodiérèse : division du cytoplasme - formation du sillon de division dans un plan perpendiculaire à l'axe du fuseau mitotique - clivage dû à un anneau contractile composé principalement d'actine et de myosine. - cette constriction ce fait de manière centripète


b. la mitose (12): b. la mitose (12) - Le sillon de division se resserre ► formation d’ un corps intermédiaire : passage étroit entre les deux cellules filles qui contient le reste du fuseau mitotique - séparation complète des deux cellules filles


Télophase et Cytodiérèse: Télophase et Cytodiérèse


b. la mitose (13): b. la mitose (13) - l'enveloppe nucléaire et les nucléoles finissent de se reconstituer - l'arrangement radial interphasique des microtubules nucléés par le centrosome se reforment


Obtention de deux cellules filles: Obtention de deux cellules filles


c. l’apoptose / nécrose (1): c. l’apoptose / nécrose (1) - la mort par nécrose : destruction massive des cellules par des facteurs exogènes : Physiques chimiques ou biologiques → la lyse osmotique des cellules → rupture des membranes → destruction des organites → libération du contenu cellulaire ( enzymes lytiques) ► cicatrisation


c. l’apoptose / nécrose (2): c. l’apoptose / nécrose (2) L'apoptose : « mort cellulaire programmée » élimination sélective des cellules → dépend de l'activation d'une machinerie cellulaire → requiert l'activation de gènes et une synthèse protéique


c. l’apoptose / nécrose (3): c. l’apoptose / nécrose (3) Mécanisme fondamental qui contrôle - l'homéostasie - l'intégrité et - les fonctions des cellules de façon permanente


c. l’apoptose / nécrose (4): c. l’apoptose / nécrose (4) Mécanismes L'apoptose: processus actif génétiquement régulé en réponse à des conditions subléthales - condensation du cytoplasme - Préservation de l'intégrité des organites et des macromolécules jusqu'à un stade avancé - réduction du volume cellulaire


c. l’apoptose / nécrose (5): c. l’apoptose / nécrose (5) - la cellule s'arrondit - perte des contacts avec les cellules voisines - condensation de la chromatine à la périphérie du noyau (marginalisation) - clivage de l'ADN


d. La méïose (1): d. La méïose (1) division cellulaire particulière concernant les lignées germinales : réductionelle nombre de chromosomes par cellule fille sera réduit par la moitié


d. La méïose (2): d. La méïose (2) méiose - les cellules somatiques : * 46 chromosomes par cellule * nombre diploïde (2n=46). - Les gamètes : * 23 chromosomes * nombre haploïde (n=23) La méiose → production de cellules haploides - ovogénèse ► formation des gamètes - spermatogénèse


d. La méïose (3): d. La méïose (3) - spermatozoïde (23 CHS) fusion avec l'ovule (23 CHS) ► zygote (46 CHS) - fusion des deux gamètes → production d’un nombre de chromosomes total égal au nombre de chromosomes d'une cellule diploïde


d. La méïose (4): d. La méïose (4) Méïose = 2 divisions successives - 1 division réductionnelle : Méïose I - 1 division équationnelle : Méïose II Méïose I : séparation des chromosomes homologues → deux cellules filles = moitié des chromosomes Méïose II : chromosomes dédoublés → deux chromatides soeurs production de 4 cellules filles haploïdes  


d. La méïose (5): d. La méïose (5) MÉIOSE I : PHASE RÉDUCTIONELLE PROPHASE I : phase la plus longue, 5 stades (23 jours chez l’homme) Stade leptotène : chromosomes bichromatidiens visibles en forme de longs filaments réplication de l'ADN durant l'interphase


Leptotène: Leptotène Chromosomes dupliqués:filaments irréguliers - Zones de condensation ou chromomères - Rapprochement des homologues


Zygotène: Zygotène Début de l’appariement des chromosomes homologues


Pachytène: Pachytène - Phase la plus longue de la prophase (16j chez l’homme) Appariement complet: ►les chromosomes sont sous forme de bivalents


d. La méïose (6): d. La méïose (6) Stade pachytène : - Le crossing-over se fait : - échange réciproque de fragments entre les chromosomes homologues - permet une plus grande diversité génétique : brassage intra-chromosomique


d. La méïose (7): d. La méïose (7) Stade diplotène : - Séparation des CHS homologues unis juste par des chiasmas Stade de diacinèse : Disparition de l’enveloppe nucléaire et du nucléole Chromosomes fixés sur le fuseau mitotique


Diplotène: Diplotène Condensation accrue des chromosomes Les bivalents ont tendance à se dissocier - sauf aux endroits des recombinaisons: chiasmas


Métaphase I: Métaphase I Les chromosomes se disposent sur la plaque équatoriale Centromères des CHS homologues dirigés chacun vers un pôle de la cellule


Anaphase I: Anaphase I Les chromosomes homologues se séparent et migrent à chacun des pôles - Pas de séparation de leurs chromatides sœurs


d. La méïose (8): d. La méïose (8) ANAPHASE I Les centromères ne se divisent pas une réduction du nombre de chromosomes


d. La méïose (9): d. La méïose (9) TELOPHASE I Un nouveau noyau haploïde se forme dans les deux nouvelles cellules Les chromosomes disparaissent de vue La cytodiérèse est presque complète


Intercinèse: Intercinèse - Phase de préparation à la Méïose II sans nouvelle synthèse d’ADN


d. La méïose (10): d. La méïose (10) INTERCINÈSE Il y a maintenant deux cellules haploïdes, avec des chromosomes à deux chromatides : l'ADN est déjà doublé - Pas de doublement de matériel génétique durant l'intercinèse


d. La méïose (11): d. La méïose (11) MÉIOSE I : PHASE EQUATIONNELLE : MITOSE PROPHASE II Formation du fuseau mitotique METAPHASE II Chromosomes sur la plaque équatoriale Clivage du centromère après duplication tardive de l’ADN


d. La méïose (12): d. La méïose (12) ANAPHASE II Séparation des centromères Migration des chromatides sœurs


d. La méïose (13): d. La méïose (13) TELOPHASE II et cytodiérèse Désorganisation du fuseau mitotique Formation de l’enveloppe nucléaire Décondensation des chromosomes Division cytoplasmique


Différences entre méiose et mitose (1): Différences entre méiose et mitose (1) MITOSE Localisation : tous les tissus Produits : cellules somatiques 46 chr Réplication de l’ADN : 1 cycle de réplication par division MEIOSE Gonades spz et ovocytes 23 chr 1 cycle de réplication mais 2 divisions


Différences entre méiose et mitose (2): Différences entre méiose et mitose (2) Durée de la Prophase: courte (30’) Appariement des Homologues: Aucun Recombinaison d’homologues : rare et anormale Relation entre cellules Filles : identiques longue et complexe oui (méiose I) au moins 1 par paire différentes


VI. Anomalies chromosomiques (1): VI. Anomalies chromosomiques (1) - peu fréquentes - affectent les gonosomes et les autosomes - de différents types


VI. Anomalies chromosomiques (2): VI. Anomalies chromosomiques (2) CONSTITUTIONNELLE: - les différents organes ("l'ensemble de l'individu") ont la même anomalie - L'accident chromosomique existait déjà chez l'embryon - production avant la fécondation, dans l'un des gamètes, ou dans une des cellules du zygote - souvent une dysmorphie et/ou des malformations viscérales, et/ou un retard du développement psychomoteur


VI. Anomalies chromosomiques (3): VI. Anomalies chromosomiques (3) ACQUISE: - un seul organe est touché - autres organes sont normaux - production au cours de la vie de l'individu - acquis par rapport au caryotype constitutionnel - Le sujet est porteur d'un processus cancéreux sur l'organe impliqué


VI. Anomalies chromosomiques (4): VI. Anomalies chromosomiques (4) 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 (ex: trisomie 21 homogène)


VI. Anomalies chromosomiques (5): VI. Anomalies chromosomiques (5) HOMOGENE: toutes les cellules du tissu examiné portent la même anomalie - exemple 2: une anomalie acquise survenue lors d'une leucémie peut être présente sur toutes les cellules sanguines étudiées chez cet individu (cellules normales sont suffisamment inhibées pour que l'on n'en retrouve aucune en mitose ) t(9;22) dans la leucémie myéloïde chronique (LMC)


VI. Anomalies chromosomiques (6): VI. Anomalies chromosomiques (6) EN MOSAIQUE: si certaines cellules du tissu examiné portent l'anomalie alors que d'autres sont normales (notion de clône). exemple 1: - 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


VI. Anomalies chromosomiques (7): VI. Anomalies chromosomiques (7) exemple 2: - une anomalie acquise, dans une leucémie - peut n'être présente que sur une partie des mitoses si des cellules normales entrent en division - un clône supplémentaire peut porter des anomalies additionnelles (leucémie aiguë lymphoblastique)


VI. Anomalies chromosomiques (8): VI. Anomalies chromosomiques (8) DE NOMBRE: - si un (des) chromosome(s) est (sont) * surnuméraire(s) (trisomie) (ex: +21) * manquant(s) (monosomie) ex: XO par perte d'un gonosome - le caryotype est toujours déséquilibré lors d'une anomalie de nombre.


VI. Anomalies chromosomiques (9): VI. Anomalies chromosomiques (9) DE STRUCTURE: - si il y a cassures chromosomiques et recollements erronés l'anomalie de structure est: * Equilibrée: si il n'y a ni perte ni gain de matériel génétique: Translocation * Déséquilibrée: s’il en résulte une délétion et/ou une duplication d'un fragment: Délétion, insertion, duplication