Structure du noyau cellulaire

Structure du Noyau

• La présence ou l'absence d'un noyau distingue une cellule eucaryote d'une cellule procaryote.
• Le noyau est l'élément le plus visible d'une cellule.
• Le noyau est présent dans toutes les cellules eucaryotes, sauf les globules rouges.
• La microscopie optique ne permet pas de visualiser l'organisation interne du noyau.
• La microscopie électronique à transmission révèle l'enveloppe nucléaire, la chromatine, le nucléoplasme et le nucléole.
• La taille du noyau varie de 5 à 6 µm.
• Généralement, il y a un seul noyau par cellule, mais il peut y en avoir plusieurs.
• La forme du noyau dépend du stade de différenciation, de l'état fonctionnel et du type cellulaire.
• Le noyau peut être sphérique, allongé, discoïde, lobé ou irrégulier.
• La position du noyau est caractéristique du type cellulaire.

Structure de l'Enveloppe Nucléaire

• L'enveloppe nucléaire entoure le noyau et appartient au système membranaire de la cellule.
• Elle est composée de deux membranes concentriques parallèles.
• L'enveloppe nucléaire est une citerne du réticulum endoplasmique rugueux (RER).
• La membrane externe est en contact avec le cytoplasme et recouverte de ribosomes.
• La membrane interne est en contact avec le nucléoplasme et recouverte d'une couche de lamina qui soutient la membrane interne et sert de point d'insertion pour les chromosomes.
• La membrane interne contient différentes protéines transmembranaires qui sont des récepteurs.
• Le pore nucléaire régule les échanges entre le noyau et le cytoplasme.

Structure du Pore Nucléaire

• Le pore nucléaire permet le trafic des substances entre le cytoplasme et le noyau.
• Il effectue un passage sélectif et facilité.

Structure de la Chromatine

• La structure de la chromatine est stabilisée grâce à des protéines appelées histones.
• Les histones sont des protéines riches en acides aminés basiques liées à l'ADN.
• L'hétérochromatine représente 10% du génome et correspond à la zone la plus dense en microscopie électronique. Elle est située en périphérie du noyau, a peu ou pas d'activité transcriptionnelle et est hétérogène.
• L'euchromatine est moins condensée, et seulement 10% de cette euchromatine est active au niveau transcriptionnel.
• Le corpuscule de Barr est présent à l'intérieur du noyau des cellules chez les femelles des mammifères et correspond à l'un des deux chromosomes X inactivé.
• La chromatine doit obligatoirement être compactée tout en restant compatible avec les rôles que remplit l'ADN.
• Les histones forment le nucléosome, organisé en octamère (4 paires d'histones).
• Une histone H1 extra nucléosomique contrôle le degré d'enroulement ou de condensation de la fibre nucléosomique.

Structure du Nucléole

• Le nucléole possède deux parties : une partie fibrillaire contenant les gènes codant et une partie granulaire, site d'assemblage des ribosomes.
• Les zones du nucléole contiennent également des protéines.
• Il peut y avoir 1 à 2 nucléoles par noyau.
• Un noyau de cellule épithéliale peut contenir un nucléole; si les tissus sont abîmés, les cellules entrent en division pour réparer la blessure.

Matrice Nucléaire

• La matrice nucléaire est composée de trois types de constituants : la lamina nucléaire, d'autres constituants fibreux, et diverses molécules insolubles.
• Ces molécules insolubles peuvent être des acides nucléiques, des enzymes de synthèse ou de dégradation de l'ADN ou de l'ARN, ou des protéines régulant le cycle cellulaire.

Rôle du Noyau

• Le noyau a pour rôle d'héberger le génome cellulaire (ADN), de conserver le message héréditaire en réalisant la réplication et d'être responsable de la synthèse des ARN (messager, de transfert et ribosomaux).

Échanges Nucléoplasmiques

• Les échanges nucléoplasmiques consistent au transport de protéines et d'acides nucléiques entre le noyau et le cytoplasme à travers les pores nucléaires.
• Les cellules sont soumises à des stimuli extracellulaires qui peuvent être électrochimiques (température, lumière), développementaux, ou des signaux physiologiques (hormones).
• Ces signaux modulent l'expression du matériel génétique et modifient les activités transcriptionnelles.
• Cela détermine différentes expressions de protéines, résultant en un phénotype de la fonction cellulaire.

Types de Transport de Macromolécules

• Transport médié par un canal ressemblant à une aquaporine.
• Transport par une protéine entraînant un changement de conformation.
• Transport contre le gradient de concentration, nécessitant de l'énergie.

Échanges Nucléocytoplasmiques

• Tous les ARN (ARNm, ARNt, ARNr) sont exportés.
• Les facteurs de transcription et les protéines structurales comme les lamines et les histones sont importés.

Transcription de la Chromatine

• La transcription permet la production d'un intermédiaire appelé ARN messager.
• La double hélice de l'ADN s'ouvre pour permettre aux facteurs cellulaires présents dans le noyau de se fixer et d'initier la synthèse d'un ARN messager complémentaire.

Traduction

• La traduction est la lecture et le décodage qui permet la synthèse de la protéine correspondante au gène en assemblant les acides aminés.
• La protéine peut alors remplir sa fonction.
• L'information contenue dans l'ADN reste dans le noyau.

Cycle Cellulaire

• Le cycle cellulaire est le passage d'un état unicellulaire à un ensemble de cellules issues de la division de cette cellule.
• La cellule eucaryote est capable de se reproduire à l'identique par division cellulaire.

Interphase et Réplication

• La cellule en interphase se divise en trois périodes: G1, S, et G2.

Phase G1

• La phase G1 est une phase de croissance optimale.
• Les organites sont répartis dans le cytoplasme.
• Il n'y a pas de synthèse d'ADN; chaque chromosome est constitué d'un fragment de la molécule d'ADN.
• La synthèse de protéines et la synthèse d'ARNm se produisent.
• C'est la phase la plus longue et la plus variable du cycle cellulaire.

Phase S

• La phase S est la phase de synthèse d'ADN.
• C'est une période de duplication de l'ADN, qui est ainsi doublé par réplication.

Phase G2

• La phase G2 est une période de séparation de la cellule par mitose.

Mitose

• La mitose produit une cellule diploïde.
• L'interphase se caractérise par des cellules non individualisées, avec des nucléoles et une enveloppe nucléaire présents.
• Dans la prophase, les cellules s'individualisent et les chromatides se réunissent en centromère.
• La prométaphase est la formation du fuseau de microtubules et le regroupement des chromosomes au centre du fuseau.
• Lors de la métaphase, les chromosomes migrent vers l'équateur du fuseau.
• Lors de l'anaphase, les chromatides se séparent.
• Lors de l'anaphase, les chromosomes fils migrent vers les pôles du fuseau.
• Lors de la télophase, les chromosomes se regroupent aux pôles et la nouvelle enveloppe nucléaire se reforme.
• Lors de la télophase (fin), les chromosomes reforment la chromatine et les cellules se séparent par cytocinèse.

Centrosome

• Le centrosome est le centre directeur de l'organisation des microtubules.
• Le fuseau est formé de microtubules qui s'organisent autour du centrosome.
• Un centrosome existe près du noyau dans la cellule en interphase, et deux centrosomes aux deux pôles de la cellule en division.

Méiose

• Le but de la méiose est de séparer les deux chromatines sœurs.
• C'est un processus de double division cellulaire : cellule diploïde → cellule haploïde.
• L’anomalie chromosomique congénitale appelée syndrome de Turner, est provoquée par l’absence d’un chromosome sexuel.

Prophase 1

• Les centrosomes migrent, les nucléoles ainsi que l'enveloppe nucléaire disparaissent, les chromosomes se forment et s'apparient et des recombinaisons sont possibles.

Métaphase 1

• Les chromosomes s'alignent à l'équateur.

Anaphase 1

• Séparation des chromosomes homologues et migration vers les pôles cellulaires.

Télophase 1

• Apparition d'un sillon de division, conduisant à la cytocinèse et la formation de deux cellules filles différentes.

Prophase II

• Formation d'un nouveau fuseau et migration des chromosomes.

Métaphase II

• Les chromosomes s'alignent sur la plaque équatoriale.

Anaphase II

• Les chromatides sœurs se séparent.

Télophase II

• Cytocinèse aboutissant à la formation de quatre cellules filles haploïdes.

Observation des Chromosomes et Caryotypes

• Les chromosomes ne sont visibles qu'en début de mitose.
• Un caryotype est une paire de chromosomes homologues dont l'un est composé de deux chromatides.
• Il y a une paire d'hétérochromosomes ou de chromosomes sexuels et 22 paires d'autosomes.

Exemples de Maladies Liées au Caryotype: Syndrome de Turner

• Anomalie chromosomique congénitale provoquée par l'absence d'un chromosome sexuel.
• Une des caractéristiques est une taille réduite.
• Présence de lymphœdèmes (pieds et mains) dès la naissance.
• Problèmes cardiaques, rénaux et/ou auditifs

Trisomie 21

• Anomalie chromosomique congénitale provoquée par la présence d'un chromosome surnuméraire pour la 21e paire.
• Elle cause un retard cognitif.
• Et entraîne des modifications morphologiques particulières (dont des cardiopathies).

Régulation de la Division Cellulaire Chez les Eucaryotes

• Il existe des centres de contrôle pour vérifier que les conditions sont remplies pour passer à l'étape suivante (état interne et signaux externes).
• Ce contrôle est réalisé par des Cdks (kinases dépendantes des cyclines).
• Il existe un stade G0 ou stade de repos (la plupart des cellules peuvent rester des jours ou des années à ce stade, voir en permanence).
• Un facteur de croissance: plus de 50 protéines sont identifiées comme facteurs de croissance.
• Chaque cellule a un récepteur spécifique (sélectivité).
• Chaque liaison de ces facteurs à leurs récepteurs entraîne une cascade de réaction qui active le cycle cellulaire (système d'allumage, on/off).