cytogenetique pour M1 Biochimie
(cyto Biochimie )

Matière Cytogénétique pour les M1 Biochimie, contenue:

  • Structure de la chromatine à l'interphase et à la métaphase
  • Techniques de culture cellulaire
  • Méthodes de marquage des chromosomes
  • Cytogénétique moléculaire: production et utilisation des sondes
  • FISH: principe et méthodes
  • Aspects cliniques et cytogénétique des anomalies numériques et structurales

Introduction a la cytogénétique:

1. LE  CYCLE CELLULAIRE

On appelle cycle cellulaire l’intervalle entre chaque division cellulaire

1.1. Les phases du cycle cellulaire

Chaque cycle cellulaire consiste dans 4 phases successives :

  • phase G1 ( pour Gap ou Growth phase 1)
  • phase S (DNA synthesis)
  • phase G2 (pour Gap ou Growth phase 2),
  • phase M (pour mitose ou méiose)

On appelle G0 l’état de repos des cellules qui ne se divisent pas.

 

Représentation schématique du cycle cellulaire

1.2. Les points de contrôle

Entre ces différentes étapes, se situent des points de contrôle ou ‘check-point’, qui ont pour but de vérifier l’intégrité de la transmission du DNA de la cellule mère vers les cellules filles.

Les principaux points de contrôle décrits sont :

  • Un point de contrôle entre les phases G1 et S, qui autorise ou non la poursuite de la duplication du DNA et dont le régulateur majeur est la protéine p53,
  • Un point de contrôle entre les phases G2 et M, qui autorise la division cellulaire, mais dont on connaît moins bien les protéines régulatrices.

Le contrôle du cycle cellulaire.

En [1], sous l’influence de facteurs de croissance, la cellule reçoit le signal de se diviser.

En [2], transmission du signal.

En [3), les cellules sortent de G0 et   progressent au delà d’un point de restriction [4]  si elles reçoivent à un stimulus constant.

En [5], il existe un point de contrôle ne laissant se diviser que le DNA normal.

En [6], la cellule double sa quantité de DNA. En cas d’anomalie non réparable du DNA, elle évolue vers la mort [7] (apoptose).

En [8], il existe un nouveau point de contrôle avant la séparation du matériel génétique vers deux cellules filles.

En [9], la mitose s’accomplit. Les cellules filles se séparent et retournent en G0, sauf si un stimulus entretient le processus de division.

2. L'essentiel du phénomène de la MITOSE

 Pourquoi  une cellule se divise-t-elle ?

La mitose va assurer - parfois malheureusement - le bon accomplissement de plusieurs phénomènes tel que:

1. le développement embryonnaire,

2. la croissance générale des organismes depuis la naissance jusqu'à la taille adulte,

3. la croissance continue de certains organismes et/ou organes ; par exemple les arbres, les cheveux, les dents chez les ruminants, les ongles, ...

4. pour renouveler les cellules mortes ; par exemple les cellules cutanées, les globules rouges, ...

5. pour assurer la cicatrisation,

6. pour conserver l'identité cellulaire lors du développement et du renouvellement des cellules appartenant aux mêmes organes, tissus, ...

7. conséquemment à des dérèglements : les cancers

Les phases

La mitose est divisée en plusieurs phases de durée constante d'une division à l'autre (mais pas entre elles) sauf dans des cas particuliers est se succédant dans un ordre précis : la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase. Il existe une phase supplémentaire qui suit ces quatre là et correspond à la division du cytoplasme : la cytocinèse. Les progrès techniques ont permis de diviser la phase G en trois phases nommées G1, S et G2. Les phases S et G2 ont des durées constantes, mais la phase G1 a une durée variable, de quelques minutes chez les cellules en division rapide à des décennies comme les neurones qui ont arrêté de se diviser (on dit qu'ils sont sortis du cycle).

La succession des phases G1 S G2 M constitue ce que l'on appelle le cycle cellulaire. Il est habituellement représenté par un cercle. Ce cercle donne l'ordre de succession des phases (dans le sens des aiguilles d'une montre), mais sans aucune indication sur la durée réelle de chacune, ce paramètre dépendant du type cellulaire. Conventionnellement, ce cycle débute au début de la phase M (en haut), mais les mécanismes qui vont déclencher la division cellulaire se produisent en fin de phase G1. Ce cycle, en plus des phases, donne dans le cercle intermédiaire la quantité d'ADN dans la cellule, pour une cellule diploïde : en jaune QADN = 2C, en vert clair phase de synthèse d'ADN et en rouge QADN=4C (pour une cellule haploïde les quantités d'ADN doivent être divisées par deux).

1. La phase G ou interphase : C’est la phase principale de la vie de la plupart des cellules. C'est dans ce stade que se trouvent la majorité des cellules de l'organisme. Elle est constituée de 3 phases: la phase G1 ou stade quiescent, la phase S ou la cellule duplique son ADN, et la phase G2, courte phase de repos avant la mitose proprement dite.

La phase G1

La phase G1 est la phase principale de la cellule. C'est pendant cette phase que se déroulent les principales actions qui permettent de définir un type cellulaire et que la cellule prend la morphologie caractéristique de son type. Les phénomènes qui s'y déroulent sont fort nombreux et dépendent de la cellule, mais c'est durant cette période que se déroule la croissance de la cellule. Quand elle a atteint sa taille nominale, la cellule peut prendre trois décisions différentes : rester dans cet état indéfiniment, entrer en mitose ou mourir.

La phase S

C'est la phase pendant laquelle la cellule duplique sont ADN. Le mécanisme est très similaire à celui des procaryotes à base d'une ADN réplicase, mais la grande taille du génome et sa division en plusieurs chromosomes linéaires a obligé les eucaryotes à complexifier les choses. Chaque chromosome possède plusieurs zones d'initiation de la duplication, et plusieurs fourches le parcourent simultanément. Le mécanisme de synthèse est donc le même, avec la construction d'un brin de façon continue, et l'autre discontinu par des fragments d'Okazaki.

En fin de duplication, les deux chromosomes fils restent attachée par une région plus ou moins centrale appelée centromère. Chacun prend alors le nom de chromatide, le terme chromosome désignant maintenant l'ensemble des deux.

La phase G2

Cette phase est intermédiaire entre la synthèse d'ADN et la mitose. Elle a été peu étudiée, les mécanismes qui s'y déroulent sont mal connus.

 

2. La phase M ou mitose chez les animaux : C'est la phase  de division proprement dite. Elle est constituée de deux phénomènes distincts, la caryocinèse ou division du noyau et la cytocinèse ou division du cytoplasme.

La caryocinèse est constituée de 4 étapes successives : la prophase, la métaphase, l'anaphase et la télophase.

La prophase.

C'est une phase d'organisation. La membrane cytoplasmique de la cellule modifie sa perméabilité ; les échanges diminuent.

Le noyau et le cytoplasme subissent tous deux des changements pendant la prophase. Dans le noyau, les nucléoles  se déplacent à la périphérie du noyau et disparaissent. Les fibres de chromatine se condensent en spirale - il existe 3 niveaux de condensation - pour former des chromosomes visibles au microscope photonique. Chaque chromosome dupliqué prend la forme de deux chromatides soeurs identiques réunies par le centromère.

 

 

 

 

 

 

Photo : observez la disparition de la membrane nucléaire et l'épaississement de la chromatine ainsi que les centrosomes.

Dans le cytoplasme, le fuseau de division se forme ; il se compose de microtubules et de protéines s´étirant entre les deux centrosomes. Pendant la prophase les deux centrosomes s´éloignent l´un de l´autre et les microtubules forment un fuseau qui entoure le noyau à partir d'une position polaire.

L´enveloppe nucléaire se fragmente. Les microtubules du fuseau peuvent alors se fixer aux chromosomes par le centromère

La métaphase

L'enveloppe nucléaire est entièrement détruite, l'ergastoplasme est désorganisé et les centrosomes se trouvent aux pôles de la cellule. Les chromosomes s´alignent sur la plaque équatoriale - imaginaire - qui, comme son nom l´indique, est à égale distance des deux pôles du fuseau. Tous les centrosomes y sont alignés. Étant donné sa forme, l´ensemble formé par les microtubules polaires et par les microtubules reliés aux chromosomes s´appelle fuseau achromatique - car dépourvu de couleur -.

 Photo : les chromosomes dupliqués ont formé des chromatides qui se retrouvent au niveau de la plaque équatoriale (la photographie est prise du "dessus" (d'un pôle cellulaire).

 

 

 

 

 

 

 

 

L'anaphase

L´anaphase commence quand le centromère dédoublé de chaque chromosome se sépare en deux, libérant ainsi les chromatides soeurs. Chaque chromatide devient dès cet instant un chromosome à part entière, conduit par le fuseau vers les pôles de la cellule. Les chromosomes sont alors attirés, via leur centromère, par contraction des microtubules vers les pôles. Les mitochondries se concentrent au niveau de la plaque éaquatoriale. En même temps, les pôles s´éloignent l´un de l´autre. À la fin de l´anaphase, les deux pôles possèdent des jeux équivalents et complets de chromosomes ; la télophase commence.

Photo : les chromatides se séparent et se dirigent vers les pôles.

 

 

 

 

 

 

 

La télophase

Pendant la télophase, les microtubules polaires allongent encore la cellule, et les noyaux fils commencent à se former aux pôles. Les enveloppes nucléaires se constituent à partir des fragments de l´enveloppe nucléaire de la cellule mère et de portions de membrane fournies par le réticulum endoplasmique. Les nucléoles réapparaissent, chaque chromosome perd son organisation spatiale compacte et redevient la chromatine initiale et les mitochondries - ainsi que les nombreux autres organites - sont réparties. La mitose, c´est-à-dire la division d´un noyau en deux noyaux génétiquement identiques, vient de se terminer. La cytocinèse, ou division du cytoplasme, est déjà bien amorcée en général, de sorte que les deux cellules filles distinctes apparaissent

peu de temps après la mitose.

Photo : les chromatides atteignent les pôles, remarquez la séparation naissante des 2 cellules par disparition du "pont" de cytoplasme.

 

 

La cytocinèse

Elle commence après la télophase ou un peu avant sa fin. La cellule se contracte entre les deux jeunes noyaux jusqu'à couper le cytoplasme et à séparer les deux cellules filles. Cette action est due à un anneau d'actine qui s'est formé pendant la cytocinèse sous la membrane plasmique au niveau du plan équatorial. Le cytosquelette se reforme, les cellules reprennent contact avec leur support et prennent la morphologie spécifique de leur type. Les deux cellules filles sont maintenant séparées.

Dans les cellules animales, la cytocinèse débute pendant la télophase, avec l´apparition du sillon de division, une invagination de la surface cellulaire à l´endroit occupé précédemment pas la plaque équatoriale ; la cellule semble subir un étranglement centripète duquel naîtront deux nouvelles cellules complètes et séparées.

Dans les cellules végétales, dotées d'une paroi cellulosique, la cytocinèse apparaît comme un mécanisme centrifuge. Une double structure appelée plaque cellulaire se constitue pendant la télophase à l´équateur de la cellule mère, à partir du centre et rejoint la paroi de la cellule-mère originelle avec laquelle elle fusionne ; les deux nouvelles cellules végétales sont nées.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schéma : les étapes de la mitose

 

3.  DIVISION CELLULAIRE SEXUÉE : MÉIOSE

3.1. Définition :

La méiose est une division cellulaire propre aux organismes qui se reproduisent sexuellement. Deux différences majeures distinguent la mitose et la méiose. Dans la méiose et contrairement à la mitose : a) la répartition du matériel génétique en cellules filles se fait tout en réduisant de moitié le matériel génétique (on passe de 2n à n chromosomes ; le mot méiose vient du grec meiosis qui se traduit par réduction) ; b) il y a mélange du matériel génétique provenant du père et de la mère. Autrement dit, les cellules filles issues de la méiose ne sont pas génétiquement identiques à la cellule mère. La méiose joue donc un rôle majeur dans les processus génétiques et héréditaires. La méiose dure 24 heures chez l'homme mais peut durer plusieurs années chez la femme.

Les fonctions essentielles de méiose sont donc la réduction de moitié du nombre diploïde de chromosomes somatiques ou zygotiques, la ségrégation précise des différences alléliques, la recombinaison aléatoire de gènes appartenant à des chromosomes différents (recombinaison génétique interchromosomique) et la recombinaison non-aléatoire de gènes appartenant au même chromosome (recombinaison génétique intrachromosomique)

3.2. Divisions méiotiques :

La méiose est organisée en deux divisions successives. La première est dite réductionnelle (division méiotique I) et la seconde est dite équationnelle (division méiotique II). Dans la division réductionnelle, les chromosomes homologues de la cellule mère vont être distribués dans les deux cellules filles. De cette manière, chaque cellule fille hérite du matériel génétique provenant de la mère ou du père. La division équationnelle consiste en la division des deux cellules filles issues de la première division en deux autres cellules filles. Le but de cette division est de séparer les chromosomes au niveau de leur centromère de la même manière que lors de la mitose. Lors de la division réductionnelle, la cellule mère à 2n va donner deux cellules filles à 1n, lesquelles vont donner à leur tour deux cellules filles à 1n lors de la division équationnelle. La division méiotique I est précédée d'une phase S de synthèse de l'ADN alors que la division II ne l'est pas.

3.3. ÉTAPES PRINCIPALES DE LA MÉIOSE :

            La méiose est une opération complexe, elle est constituée d'une seule synthèse d'ADN suivie de deux divisions particulières appelées mitose réductionnelle et mitose équationnelle.

3.3.1. La mitose réductionnelle.

            Du point de vue morphologique, la première division méiotique (division méiotique I) est caractérisée par une longue prophase (prophase I) durant laquelle les chromosomes homologues s'apparient et échangent leur matériel génétique. On distingue ensuite une prométaphase I, une métaphase I, une anaphase I et une télophase I. Cette division est suivie d'une interphase, laquelle précède la seconde division méiotique (division méiotique II). La prophase I est elle-même subdivisée en plusieurs stades (Préleptotène, Leptotène, Zygotène, Pachytène, Diplotène, Diacinèse).

 

a) Prophase I :

La prophase est divisée en cinq stades caractérisés par les évènements qui s'y déroulent: la leptotène, la zygotène, la pahchytène, la diplotène et la diacinèse. Le stade préleptotène correspond au début de la prophase I. Il s'agit d'une phase où les chromosomes sont difficiles à observer.

La leptotène

Dans cette phase, les chromosomes commencent à se condenser sous forme de minces filaments fixés à un axe protéique. Les deux chromatides sont présent mais ne sont visuellement séparables. Des condensations de chromatine, correspondant à un gène sous sa forme inactivée sont cependant observable.

La zygotène

Les chromosomes homologues commencent à s'apparier. Le phénomène s'appelle synapsis. Il se produit à proximité de l'enveloppe nucléaire. Deux extrémités de chromosomes proches vont s'associer, puis l'ensemble va s'assembler à la manière d'une fermeture éclair. Les axes protéiques forment des extensions qui s'accrochent les unes aux autres formant le complexe synaptonémal. Ce complexe a l'aspect d'une petite échelle ou les axes protéiques forment les montants et les extensions sont les barreaux. Chaque association est une tétrade (armée donc de quatre chromatides) ou bivalent (deux chromosomes).

La pachytène

c'est là que va se produire le crossing over, ou recombinaison génétique. De gros nodules en partie protéiques se forment au hasard sur le complexe synaptonémal. Ces nodules de recombinaison servent de médiateurs dans les échanges entre chromosomes. Au sein d'une tétrade, le brin d'ADN est coupé et les extrémités sont échangées entre deux chromatides de deux chromosomes différents. Chaque chromatide est maintenant un hybride des deux chromatides originels. Les chromosomes étant étroitement accolés, ce phénomène est invisible à l’œil nu, ses conséquences apparaîtront au stade suivant sous forme de chiasma (ou enjambements).

La diplotène

Les chromosomes homologues commencent à se séparer, par dissolution des complexes synaptonemaux, c'est la desynapsis. Les chromosomes s'éloignent l'un de l'autre, mais ils restent joint au niveau des chiasmas, zone d'échange d'ADN entre deux chromatides. A partir de là, la mitose reprend son cours normal.

La diacinèse

Elle correspond à un retour à la prophase normale. Au cours de la cytocinèse, la condensation des chromosomes s'accentue et les chromosomes homologues se séparent par rupture des chiasmas. Les centromères homologues se dirigent vers les deux pôles de la cellule mais restent liés par un chiasma terminal. Le nucléole disparaît.

b) La métaphase I

La condensation des chromosomes atteint son maximum. La membrane nucléaire se désagrège et les microtubules du fuseau mitotique s'attachent aux centromères. Durant la métaphase I, les chromosomes homologues  se regroupent à l'équateur.

c) L'anaphase I

Les chromatides sœurs de chaque homologue se dirigent vers leur pôle respectif. Les chromosomes courts se séparent plus rapidement que les chromosomes longs. À ce stade, chaque chromosome est constitué de deux chromatides liés par un centromère homologue.

d) La télophase I

Commence lorsque chacun des groupements chromosomiques atteint son pôle respectif. La membrane nucléaire se reconstitue et les cytoplasmes se séparent.

Le bilan de la mitose réductionnelle est double :

  • Les chromosomes de chaque paire sont séparés dans une cellule différente. Le génome est donc maintenant haploïde, même si la quantité d'ADN reste 2C
    • Les quatre chromatides sont tout différents.

L’intercinèse : La télophase I est suivie d'une courte interphase sans phase S. Cette phase entre la première et la deuxième division méiotique est, lorsqu’elle existe, de durée variable. Dans certains cas il y a cytocinèse et formation de membranes cellulaires entre les deux nouveaux noyaux ; dans d’autres cas cette formation ne se fait pas.

 

 

Schéma de la méiose

 

3.3.2. La mitose équationnelle

a)      La prophase II

C’est une phase de contraction chromosomique par spiralisation. Cette phase n’existe que chez les organismes qui subissent une télophase et une interdiacinèse.

b)     La métaphase II

Chacune des deux nouvelles cellules, ou chacune des deux aires cytoplasmiques de la cellule, lorsque celle-ci n’est pas divisée, procède à l’organisation d’un fuseau. Les centromères se rangent à la plaque équatoriale.

c)      l'anaphase II

Les centromères se divisent et les deux chromatides sœurs s'avancent, avec les centromères qui leur reviennent, vers les pôles opposés

d) la télophase II

Les chromosomes se distribuent aux deux pôles de la cellule et forment des noyaux fils qui s'entourent d'une membrane nucléaire. Les cytoplasmes se divisent pour donner deux cellules filles. En conséquence, chacun des chromosomes des cellules de la télophase II possèdent une chromatide et chaque noyau possède un nombre haploïde (n) de chromosomes.

On obtient ainsi quatre cellules dont le sort ultime dépend du sexe de l’organisme.

La méiose est la division particulière qui permet le passage de la phase diploïde à la phase haploïde. Pour effectuer la méiose, il faut donc partir d'une cellule diploide à 2n chomosomes.

 

4. la structure de la chromatine

 

4.1.Que signifie chromatine ?

 La chromatine est le complexe d'ADN et de protéines contenu dans le noyau cellulaire de cellules eucaryotes (cellules à structure cellulaire complète qui, contrairement aux cellules procaryotes, ont un noyau cellulaire dans lequel l'ADN est emballé).

La chromatine est la manière dont l'ADN est présenté dans un noyau de cellule. C'est la substance de base des chromosomes eucaryotes, qui correspond à l'association de l'ADN, de l'ARN et des protéines présentes dans le noyau interphase des cellules eucaryotes et constitue le génome de ces cellules. La chromatine désigne en fait un complexe constitué par l'ADN et les protéines chromosomiques (histones et autres). C'est donc de l'ADN filiforme non concentré, présent dans les cellules eucaryotes en interphase. Les protéines sont de deux types: les histones et les protéines non-histones.

Autrement exprimé, la molécule d'ADN est associée à diverses protéines dont les histones qui sont organisées en nucléosomes. La molécule d'ADN s'enroule autour de chaque nucléosome en réalisant deux tours complets et se prolonge jusqu'au nucléosome suivant par un ADN internucléosomique.
4.2. Proteines de la CHROMATINE.

  1. A.    Les protéines non histones (NHP).

Elles vont assurer une série de fonctions, ce sont des facteurs protéiques nécessaires à:

- la transcription

- la régulation de l’expression génique

- la réplication.

Ce sont également des topoisomérases qui interviennent dans l’organisation chromatinienne et stabilisent la structure en collier de perles. C’est un groupe très hétérogène de plusieurs milliers de cellules, celles-ci étant relativement faciles à extraire.

  1. Les histones.

Elles sont beaucoup plus abondantes, et elles forment des unités de répétition. Caractéristiques communes:

- petites protéines de 110 à 250 acides aminés

- ce sont à la fois des protéines basiques et riches en acides aminés hydrophobes.

Les histones du noyau du nucléosome ont des structures différentes: H2A, H2B, H3, H4. Elles sont en quantité égale et il y a, en masse, autant d’histones que d’ADN. De plus, ce sont des structures très conservées au cours de l’évolution. Il existe aussi l’histone TH2B, qui, lors de l’organogénèse, facilite le relâchement de la structure nucléosomale. Enfin, l’histone H1, moins abondante que les autres, possède un grand rôle fonctionnel.

  1. C.    Les modifications post-traductionnelles.

Ce sont des modifications très importantes pour le fonctionnement de la chromatine.

1/ L’acétylation. L’acétylation est l’introduction d’une fonction C-O-CH3 sur la fonction NH2 d’un acide aminé. Ce système permet de diminuer le caractère basique de l’histone. L’acétylation permet de relâcher la structure.

2/ La phosphorylation. La phosphorylation se fait grâce à des kinases spécifiques d’histones. Ce système n’intéresse que les acides aminés hydroxylés. La phosphorylation va, au contraire, permettre de condenser la structure.

4.2. STRUCTURE DU NUCLEOSOME

 C’est un super-enroulement négatif de l’ADN, d’un tour 3/4, qui entoure un noyau constitué d’histones.

Le nucléosome contient l’ADN enroulé + l’ADN inter-nucléosomique.N Le diamètre du nucléosome est de 11 nm.N Le noyau du nucléosome est un octamère d’histones (chaque histone est présent en double exemplaire). Un nucléosome est constitué de 2 dimères H3H4 (un tétramère) et de 2 dimères H2A H2B (un tétramère).

 

 

-       Les points de contact sont très nombreux et la majorité se fait entre H2A et H2B.

-       Les extrémités des nucléosomes sont flexibles et vont sortir de la structure nucléosomale. De ce fait, ce sont elles qui vont être acétylées ou phosphorylées.

-       La structure relâchée est la seule compatible avec l’expression génique.

-       Les histones interagissent toujours avec les phosphates du petit sillon du petit sillon de l’ADN. Donc, ce sont des interactions électrostatiques et non une reconnaissance spécifique. Les grands sillons sont alors libres pour recevoir les facteurs de régulation.

LA FIBRE DE 30 NM: Elle est constituée d’une super hélice de nucléosomes. C’est là qu’intervient l’histone H1, constitué d’une structure asymétrique avec un noyau central globulaire. Bref, c’est une structure plus flexible et donc moins ordonnée. L’histone H1 se lie juste au dessus du nucléosome grâce à sa partie globulaire.

Il se polymérise en solution; c’est une association coopérative entre les extrémités de 2 histones. C’est pourquoi H1 contribue à la formation d’une structure empilée du nucléosomes. Plus précisément, c’est un empilement de 6 nucléosomes par tours de spires.

Remarque: Il faut bien comprendre que si on acétyle, on empêche la formation de fibre de 30 nm (on relâche).

A savoir:

- Il y a 6 nucléosomes par tour de spire.

- La fibre de 30 nm est stabilisée par les histones H1, qui dépendent de la présence des extrémités flexibles.

 - Le degré de compaction qui est de 5.

 

Les différentes étapes dans l'assemblage de la chromatine

L'assemblage de l'ADN en chromatine comprend plusieurs étapes qui commencent par la formation de son unité fondamentale, le nucléosome, et finissent par des niveaux d'organisation supérieurs en domaines spécifiques dans le noyau. Les différentes étapes de cet assemblage sont décrites schématiquement dans la Figure présedente. 

1- La première étape: comprend la mise en place, sur l'ADN, d'un tétramère d'histones (H3-H4) 2 nouvellement synthétisées formant la particule sub-nucléosomale, à laquelle viennent s'adjoindre deux dimères H2A-H2B.

-          L'ensemble constitue la particule nucléosomale coeur composée de 146 paires de base d'ADN enroulées autour de l’octamère d'histones.

-          Cette particule cœur et l'ADN de liaison forme le nucléosome.

-          Les histones nouvellement synthétisées sont spécifiquement modifiées (ex: acétylation de l'histone H4).

2- L'étape suivante : est une étape de maturation nécessitant la présence d'ATP, au cours de laquelle les nucléosomes sont régulièrement espacés et forment le nucléofilament. Pendant cette étape, les histones nouvellement incorporées sont désacétylées.

3- Ensuite l'incorporation des histones internucléosomales est accompagnée par le repliement du nucléofilament en fibre de 30 nm dont la structure n'est pas élucidée à ce jour. Deux modèles principaux existent : le modèle de type solénoïde et le modèle de type zig zag.

4- finalement, plusieurs repliements successifs conduisent à des niveaux d’organisation supérieurs en domaines specifiques dans le noyau.

Figure. Les principales étapes de l'assemblage de la chromatine.

-       DE LA CHROMATINE AU CHROMOSOME. Les protéines de la matrice nucléaire jouent un rôle dans la formation de la chromatine. Ce sont des protéines fibreuses qui vont organiser la chromatine sous forme de boucles.

La structure en collier de perles permet l’expression génique. Il faut que le nucléosome se condense afin d’obtenir une condensation maximum au moment de la mitose. Cette condensation est le résultat d’une réorganisation des boucles de chromatine qui vont s’empiler de façon régulière afin de former le chromosome.

 

 

Chapitre I. Structure des chromosomes et les technique de culture cellulaire

1. Structure des chromosomes

Les chromosomes sont constitués d'ADN associée à de nombreuses protéines; ils servent de support à l'information génétique. Le nombre de chromosomes par cellule est une caractéristique d'espèce ; dans l'espèce humaine, il y a 46 chromosomes (23 paires) se présentant en 22 paires de chromosomes identiques (homologues), les autosomes et une paire de chromosomes sexuels ou gonosomes , sauf dans les cellules reproductrices ou gamètes ou ils sont au nombre de 23 chromosomes (haploïde n).

 Les chromosomes ne sont visibles que pendant une courte période du cycle cellulaire. En effet, ils représentent la forme la plus condensée que peut prendre une molécule d'ADN. Cette condensation extrême, si elle empêche toute transcription des gènes, permet une ségrégation correcte des molécules entre les deux cellules filles au cours des divisions cellulaires. Entre chaque division, les molécules d'ADN se décondensent et ne sont plus visibles individuellement: elles constituent dans leur ensemble la chromatine du noyau interphasique. Au moment d'une division cellulaire (aussi bien mitose que méiose), après s'être dupliquée, chaque molécule d'ADN se condense et devient visible au microscope sous la forme d'un chromosome.

Chaque chromosome est constitué de bras, de centromère et de télomères.

 

1.1. Les bras du chromosome: sont les deux segments du chromosome séparés par une zone étranglée appelée centromère. Ils ont une taille variable en fonction des chromosomes, mais on reconnaît toujours un bras court noter " p " et un bras long noté " q ". Chaque extrémité des chromosomes prend le nom de télomère (deux télomères par chromosome). Chacun des bras est constitué de deux chromatides. Ces deux chromatides correspondent aux deux molécules identiques qui résultent de la réplication de l'ADN. 

 

1.2.Le centromère : est la région sur laquelle s'attachent les microtubules du fuseau de division, au niveau d'une zone particulière appelée kinétochore. Le kinétochore est un complexe protéique qui s'assemble sur les deux faces du centromère et qui sert de lien entre les microtubules du fuseau et le chromosome.

C'est la dernière région chromosomique à se scinder en deux au moment de l'anaphase. Sur le plan moléculaire, le centromère est composé dʼhétérochromatine constitutive, et de séquences d'ADN répétées en tandem un grand nombre de fois sans rôle de transcription connu.

Selon la position du centromère, il existe 3 types de chromosomes (Fig.1) :

- Les chromosomes métacentriques : le bras p et q ont la même longueur.

- Les chromosomes submétacentriques : le bras p est nettement plus court que le bras q.

- Les chromosomes acrocentriques : le bras p est très petit.

 

Figure 1 : a : chromosome métaphasique, b : les différents types de chromosomes. (Huret JL, et al 2013)

Lors de la réalisation du caryotype, les chromosomes sont répartis en 7 groupes en fonction de leur morphologie (Fig.2) :

- groupe A (1, 2, 3) métacentriques grands

- groupe B (4, 5) submétacentriques grands

- groupe C (6 à 12 + X) moyens submétacentrique

- groupe D (13, 14, 15) acrocentriques moyens/petits

- groupe E (16,17, 18) submétacentriques petits

- groupe F (19,20) métacentriques petits

- groupe G (21, 22 + Y) acrocentriques petits, Y n’est pas appelé acrocentrique

 

Les chromosomes acrocentriques sont réparties entre les groupes D et G (que 21 et 22)

 

 

Figure 2 : Caryotype schématisé (Huret JL, et al 2013)

 

 

1.3. Le télomère : est le segment terminal des bras chromosomiques. Les télomères sont constitués par des répétitions en tandem d'un motif de 6 paires de bases. La taille des télomères varie non seulement d'une espèce à une autre, d’un individu à un autre, et aussi d’un chromosome à un autre chez un même individu. Le nombre de répétitions diminue avec l'âge. Il a un rôle fondamental de stabilisation et de protection des extrémités chromosomiques de la dégradation, de la recombinaison et de la fusion à d'autres chromosomes. D’autre part, il assure la réplication de la partie extrême du chromosome.

 

1.4. Satellite et pédoncule du chromosome :  Le satellite du chromosome est un segment chromosomique séparé de la partie principale du chromosome par la construction nucléolaire secondaire. L'ensemble du satellite et de la construction nucléolaire secondaire est appelé la région satellite.

 

1.5. Marque du chromosome : on appele marque du chromosome les structures stables et importantes qui peuvent être utilisées pour identifier les différentes régions du chromosome individuel, inclut : les centromères, les télomères, les bandes évidentes.