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Chapitre 3 : Noyau interphasique et Cycle cellulaire

• Le noyau est l'organe qui a donné son nom aux eucaryotes (eu = vrai, caryos = noyau).

Présentation

• Le noyau est le "centre vital" de la cellule.
• Il représente 3 à 10% du diamètre et 20 à 25% du volume cellulaire total, selon les cellules.
• Il est présent dans toutes les cellules eucaryotes, excepté les hématies.
• Des cellules comme les cellules musculaires squelettiques peuvent avoir plusieurs noyaux.
• Le noyau est délimité par une membrane nucléaire qui sépare le nucléoplasme et le cytoplasme.

Structure du Noyau

• Le noyau est constitué de 3 parties : le nucléole, le nucléoplasme et la membrane nucléaire.

Le Nucléole

• Le nucléole est impliqué dans la production des ribosomes.
• Il est composé de 10 boucles d'ADNr (chromosomes 13, 14, 15, 21 et 22) qui fusionnent entre elles.

Le Nucléoplasme

• Le nucléoplasme est également appelé le suc nucléaire.
• Il contient des protéines et des chromatines.

La Membrane Nucléaire

• La membrane nucléaire est double, avec un espace intermembranaire percée de pores.
• Elle a une fonction de protection.

Enveloppe nucléaire

• L'enveloppe nucléaire délimite le nucléoplasme et renferme la chromatine, la matrice nucléaire ou nucléosquelette.
• Composée d'une double membrane (externe et interne), les deux faces sont en contact avec les filaments intermédiaires.
• La membrane externe est associée à des ribosomes et est en continuité avec les membranes du réticulum endoplasmique.
• L'espace perinucléaire est situé entre les deux membranes et représente le lieu de stockage des ions calcium.
• La membrane interne est associée à la lamina nucléaire (formée de filaments intermédiaires).
• L'enveloppe nucléaire est interrompue par des pores nucléaires, qui sont des sites privilégiés pour les échanges nucléocytoplasmiques.

Les pores nucléaires

• Les pores nucléaires (2000 à 4000 par noyau) contrôlent l'entrée et la sortie des substances dans le nucléoplasme.
• Ils permettent uniquement l'accès aux protéines avec une séquence de destination nucléaire (NLS).
• Ce contrôle est crucial pour la régulation de la transcription et de la réplication de l'ADN.

Nucléosome et compaction de l'ADN

• Les nucléosomes sont des structures ayant la forme d'un cylindre de 11 nm de diamètre, constitués de petites protéines basiques appelées histones.
• Les histones sont riches en acides aminés basiques (lysine et arginine) qui permettent une interaction forte avec l'ADN.
• L'ADN fait deux tours autour de l'octamère des histones.
• Les nucléosomes sont séparés par un segment d'ADN.
• L'histone H1 se lie à l'ADN à sa sortie du nucléosome, formant le chromatosome.

Fibre nucléosomique et édifices d'ordre supérieur

• L'association du nucléosome avec l'histone H1 constitue le chromatosome.
• L'histone H1 lie les nucléosomes ensemble, formant une structure plus compacte (30 nm de diamètre).

Chromatine

• La chromatine est la forme de l'ADN dans le noyau.
• Elle peut être condensée (hétérochromatine) ou dispersée (euchromatine).
• L'ADN est plus ou moins spiralé et compacté selon l'état fonctionnel de l'ADN.

Euchromatine

• Correspond à de la chromatine décondensée.
• Constituée de fibres nucléoplasmiques (11 nm).
• Accessible aux ARN polymérases et est active d'un point de vue transcriptionnel.

Hétérochromatine

• Plus dense, plus condensée et constituée de fibres de chromatine (30 nm).
• Généralement inactive d'un point de vue transcriptionnel.
• 2 formes: HC Constitutive et HC facultative.

Chromosome métaphasique

• Le génome humain est composé de 22 paires d'autosomes et 1 paire de gonosomes (chromosomes sexuels).
• Chaque chromosome métaphasique est constitué d'une région centromère, et des télomères.
• Les télomères sont situés aux extrémités des chromosomes et jouent un rôle dans la protection des chromosomes.
• Le centromère est la région centrale, et sépare le chromosome en deux bras.

Centromère

• Région d'étranglement du chromosome.
• Responsables de l'accrochage des chromosomes au fuseau mitotique.

Télomères

• Situés aux extrémités des chromosomes.
• Assurent la protection des chromosomes.
• Corrélèrent avec la capacité de réplication des cellules.
• Ils sont composés d'une séquence de 6 pb chez l'homme.

Les Nucléoles

• Zone dense du noyau.
• Disparaissent lors de la division cellulaire.
• Sites de synthèse et assemblage des sous-unités ribosomiques.

Nucléole (composition)

• Deux régions : granulaire (prérib+ protéines) et fibrillaire (ADNr et ARNr).

Cycle cellulaire

• La reproduction des cellules à la base de la vie.
• Séquence ordonnée d'événements, de la division d'une cellule mère à la formation de deux cellules filles génétiquement identiques.
• But du cycle cellulaire : assurer la prolifération cellulaire et la croissance des tissus, ainsi que le remplacement des cellules mortes.
• Le cycle cellulaire concerne les cellules somatiques et les cellules germinales avant la gamétogenèse.
• L'interphase est constitué de trois phases: G1, S et G2.
• G1: phase de croissance.
• S : réplication de l'ADN.
• G2: phase préparant la mitose. La phase M : est la division cellulaire.
• La mitose: division du noyau.
• La cytocinèse ou cytodiérèse: division du cytoplasme.

La phase mitotique

• Processus à plusieurs étapes où les chromosomes répliqués sont alignés, séparés et se déplacent vers deux nouvelles cellules sœurs.
• La caryocinèse : la division cellulaire elle-même.
• La cytocinèse : la séparation physique des composants cytoplasmiques entre les deux cellules sœurs.

Les phases de la mitose (détails)

• Prophase
• Prométaphase
• Métaphase
• Anaphase
• Télophase
• Cytocinèse.

La phase mitotique (étapes)

• L'enveloppe nucléaire se décompose.
• Les chromosomes se condensent.
• Les centrosomes se déplacent vers les pôles opposés.
• Les chromosomes s'alignent à l'équateur de la cellule.
• Les chromatides sœurs se séparent et migrent vers les pôles opposés.
• Les chromatides se décondensent.
• L'enveloppe nucléaire se reforme.

La cytocinèse

• Processus de division du cytoplasme.
• La cytodiérèse est la division du cytoplasme (se terminant par la séparation physique des composants cytoplasmiques en deux cellules filles).

La méiose

• Double division des cellules aboutissant à une réduction de moitié du nombre de chromosomes.
• Forme des cellules reproductrices (gamètes).
• Deux divisions successives sans interphase qui sont la méiose I qui est réductionnelle et la méiose II qui est équationnelle.

La méiose (étapes principales)

• Les étapes de la méiose I et II.
• Les processus de recombinaison (crossing-over) pendant la prophase I.

Contrôle du cycle cellulaire

• Durée du cycle cellulaire variable selon le type de cellule.
• Certaines cellules ne se divisent plus après différenciation.
• Le cycle cellulaire est contrôlé par des systèmes de régulation (cyclines et kinases dépendantes de cyclines).
• Des molécules interviennent pour inhiber ou activer les Cdk en fonction des besoins de la cellule.

Apoptose

• Processus de mort cellulaire programmée.
• En réponse à des signaux intra ou extracellulaires.
• Impliqué dans divers processus biologiques, comme le développement embryonnaire, l'élimination des cellules immunitaires et la prévention du cancer.

Apoptose (étapes principales)

• Déformations cellulaires.
• Fragmentation de la chromatine.
• Fragmentation de la cellule en corps apoptotiques.
• Les corps apoptotiques sont phagocytés.

Mécanismes de l'apoptose

• Processus stéréotypé impliquant la translocation des phosphatidylserines membranaires, la dégradation de l'ADN et une dégradation sélective de protéines.

Différences entre nécrose et apoptose

• La nécrose est un processus cellulaire néfaste, tandis que l'apoptose est un processus programmé et important dans le recyclage des cellules.
• La nécrose est caractérisée par une lyse cellulaire et une réponse inflammatoire, contrairement à l'apoptose qui ne provoque ni l'une ni l'autre.
• L'apoptose est un processus contrôlé géniquement, alors que la nécrose est souvent une réponse non spécifique à des dommages cellulaires irréversibles.