Cours d'autonomie - CPI1 - Génomique, CH1 - Les Génomes PDF

INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) RAPPELS Figure 1 – Structure en double hélice et composition chimique de l’ADN INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Liens vers des vidéos de...

INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) RAPPELS Figure 1 – Structure en double hélice et composition chimique de l’ADN INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Liens vers des vidéos de rappels de SVT ou Biochimie si besoin : Rappels de Biochimie et SVT – Structure et Fonctions de l’ADN et de l’ARN : https://www.youtube.com/watch?v=GhABWQC3YDs https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=u5773D4rDJk&t=0s Rappels de bases de Génétique : https://www.youtube.com/watch?v=f8xPf9ylCjs Mitose /Méiose : https://www.youtube.com/watch?v=XKZhcYetvsc&list=PL9oD9rkXaEyU5Wc0lOEc-3cs5F7r4yLaw&index=4 (Intro Division Cellulaire Mitose/méiose) https://www.youtube.com/watch?v=5bq1To_RKEo&list=PL9oD9rkXaEyU5Wc0lOEc-3cs5F7r4yLaw&index=3 (Mitose) https://www.youtube.com/watch?v=kQu6Yfrr6j0&list=PL9oD9rkXaEyU5Wc0lOEc-3cs5F7r4yLaw&index=1 (Méiose) Brassages Génétiques Intra- et Inter-chromosomiques au cours de la méiose (rappels SVT lycée) : https://www.youtube.com/watch?v=oE76Z68PEog INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) I – Les Génomes Eucaryotes 1. Les chromosomes dans le génome nucléaire 1.1 - L'évolution des chromosomes durant le cycle cellulaire L'ADN eucaryote est toujours linéaire. Une molécule d'ADN est bicaténaire (=double brin) et les deux brins qui la composent sont complémentaires et anti-parallèles. Cette molécule double brin est souvent schématisée de la façon suivante : Les Chromosomes peuvent être à 1 seule chromatide (monochromatidiens) ou à 2 chromatides (bichromatidien) en fonction de la phase du cycle cellulaire dans laquelle se trouve la cellule. 1 chromatide = 1 molécule d’ADN double brin Figure 2 – Chromosome, Chromatide et ADN Qu’est-ce que le cycle cellulaire ? Au cours de sa vie, une cellule eucaryote va se multiplier pour donner naissance à de nombreuses cellules identiques (pour régénérer les cellules mortes d’un tissu, pour réparer une blessure/lésion, pour la croissance d’un individu ou d’un tissu/organe dans des conditions particulières, comme l’utérus pendant la grossesse par exemple). Une fois que la quantité de cellules est suffisante, la cellule va ralentir sa vitesse de multiplication ou la stopper pour se différencier et assurer ses fonctions dans l’organisme (ex : contraction/relaxation pour les cellules du cœur ou des muscles ; INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) sécrétion d’insuline en réponse à une hyperglycémie pour les cellules bêta-pancréatiques, etc…). On dit alors qu’elle « sort » du cycle cellulaire et est en phase G0, jusqu’à ce qu’elle reçoive des signaux l’incitant à se multiplier à nouveau et à ré-entrer dans le cycle cellulaire. Cycle Cellulaire Le Cycle Cellulaire correspond à l’enchainement de 4 phases (G1, S, G2, M) par lesquelles la cellule doit passer pour passer d’une cellule mère à deux cellules filles identiques à la cellule mère Figure 3 – Cycle Cellulaire Brièvement, les 4 phases du cycle cellulaire sont les suivantes : Phase G1 : Phase de croissance de la cellule et de préparation à la duplication de l’ADN (phase S) par le processus de la réplication (Cf CH3) pour doubler le contenu en ADN de la cellule afin d’en répartir la même quantité dans chacune des deux futures cellules filles. Phase S : Réplication de l’ADN. Chaque chromosome est recopié, passant de 1 à 2 chromatides qui restent néanmoins encore associées l'une à l'autre au niveau du centromère du chromosome bichromatidien, ce sont les chromatides-soeurs. Phase G2 : phase de croissance de la cellule et de préparation à la division cellulaire (phase M) Phase M (+ Cytocinèse) : Division la cellule : Les chromosomes se condensent/compactent progressivement jusqu’à atteindre leur niveau de compaction maximal en métaphase où ils sont placés au niveau de la plaque équatoriale. En anaphase, les chromatides sœurs se séparent et INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) migrent aux pôles opposés de la cellule de sorte à ce que chaque future cellule fille ait une copie identique (1 chd) de chaque chromosome (Cf Fig. 4). On appelle « interphase » l’ensemble des phases entre deux divisions par Mitose, soit la période correspondant aux phases G1, S et G2. Durant cette phase, on dit que la chromatine est plutôt « décondensée » par rapport à la phase de Mitose où elle se compacte progressivement jusqu’à la métaphase. Figure 4 – Evolution de la quantité d’ADN dans les cellules au cours de la division cellulaire par Mitose. Durant l’interphase : les chromosomes monochromatidiens de la phase G1 sont dupliqués pendant la phase 3 et deviennent alors bichromatidiens en G2 et lors des premières étapes de la Mitose (phase M), jusqu’à l’Anaphase où les chromatides sœurs de chaque chromosome se séparent et migrent aux pôles opposés de la cellule. A partir de l’Anaphase et jusqu’à la fin du cycle cellulaire (+ la phase G1 du cycle suivant), les chromosomes sont monochromatidiens. Chaque cellule fille à donc 1 chromatide pour chaque chromosome, identique à l’autre cellule fille (et à la cellule mère d’origine). INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Les chromosomes se présentent donc sous 3 formes alternatives durant le cycle cellulaire (Figure 4): Chromosome mono-chromatidien : en interphase mais avant la phase S (c'est-à-dire en phase G1), il est composé d'une seule molécule d'ADN, une seule chromatide. Chromosome bi-chromatidien : en interphase mais après la phase S (c'est-à-dire en phase G2), il est composé de 2 molécules d'ADN identiques, les 2 chromatides-soeurs. Chromosome mitotique : durant la mitose, il est condensé au maximum. 1.2 - Le nombre de chromosomes et la taille des génomes Les génomes sont généralement constitués de plusieurs molécules d'ADN différentes, donc de plusieurs chromosomes. On appelle "n" le nombre de chromosomes différents dans un génome. Chacun de ces chromosomes porte certains gènes/séquences particulières. Par exemple, chez l'Homme il y a 23 molécules d'ADN différentes, donc 23 chromosomes différents. On dit que n = 23. Les cellules eucaryotes « normales » ont un génome soit haploïde (n) (= 1 seul exemplaire de chaque chromosome dans la cellule) soit diploïde (2n) (= 2 exemplaires de chaque chromosome dans la cellule). Rappel sur la notion de Ploïdie : Ploïdie Représente le nombre d'exemplaire de chaque chromosomes du « lot » de chromosome (« n ») d'une cellule/ d’un organisme. Ainsi, on nommera : - Haploïde : une cellule n’ayant qu’un seul chromosome de chaque type - Diploïde : une cellule ayant 2 exemplaires (svt 1 d’origine paternelle et 1 d’origine maternelle) de chaque type de chromosome - Triploïde : une cellule ayant 3 exemplaires de chaque type de chromosome - … etc - Aneuploïde : une cellule n’ayant pas le même nombre d’exemplaire pour tous ces différents types de chromosomes (peut-être dû à une erreur de ségrégation des chromosomes lors de d’une des divisions de la méïose) Cf Figure 5 ci-après. INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Figure 5 – Notion de Ploïdie. Chaque type de chromosome est représenté par une couleur différente. Dans cette exemple, on aurait donc un lot de N=3 chromosomes, en 1 (haploïde), 2 (diploïde), 3 (triploïde), 4 (tétraploïde) ou 6 exemplaires (hexaploïde), ou avec un nombre potentiellement différent d’exemplaire en fonction du chromosome considéré (aneuploïde). Rq : ici les chromosomes représentés ont 1 seule chromatide (on serait donc dans une cellule qui ne se divise pas ou qui est en phase G1 du cycle cellulaire ou post- anaphase de la mitose). Le nombre n de type de chromosomes différents est très variable selon les espèces (figure 6). Figure 6 – Nombre de chromosomes « n » pour différentes espèces INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) La longueur/taille de chaque chromosome est également très variable. Donc la longueur/taille des génomes est très variable également (figure 4). Cette taille s'exprime en nombre de paires de bases (pb) ou en nombre de milliers de pb (kb). Des espèces proches évolutivement peuvent avoir des tailles de génomes très variable. On peut aussi noter que la taille et la complexité de l’organisme ne corrèlent pas avec la taille de leur génome: exemple humain vs pois (figure 7). Figure 7 - Taille moyenne des génomes pour différents taxons 1.3 - Les chromosomes eucaryotes sont dans le noyau de la cellule Les chromosomes eucaryotes sont enfermés dans le noyau de la cellule. Le noyau est délimité par 2 membranes parallèles formant l'enveloppe nucléaire, l'intérieur du noyau s'appelle le nucléoplasme (Figure 8). L'enveloppe nucléaire est très densément percée de "trous" permettant la communication entre le nucléoplasme et le cytoplasme, les pores nucléaires. On en trouve généralement plusieurs milliers par noyau. Chaque pore est composé d'un assemblage complexe de protéines, le complexe du pore nucléaire (CPN), qui contrôle très étroitement les molécules qui passent à travers le canal central, du cytoplasme vers le noyau et du noyau vers le cytoplasme (Figure 9). INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Figure 8 – Noyau d’une cellule eucaryote. Image de droite : cliché obtenu par microscopie électronique en transmission (MET) Figure 9 – Les pores nucléaires : un assemblage de protéines (CPN) qui contrôle le passage de molécules à travers le pore. B, C et D : clichés obtenus par microscopie électronique Adapté de Hoogenboom et al. (2021). INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) 2. L'empaquetage des chromosomes dans la chromatine (aussi vu en grande partie en CM2) La chromatine est une association d'ADN et de protéines spécifiques aux génomes eucaryotes. Son rôle est de compacter l'ADN et de contrôler son accessibilité (donc de réguler de nombreux mécanismes génétiques). La chromatine présente différents niveaux de condensation, depuis les formes peu condensées jusqu'au chromosome mitotique, forme la plus condensée. La forme la moins condensée de l'ADN est l'ADN nu sous forme de double-hélice, sans aucune protéine associée. Mais cette forme n'est jamais trouvée dans les cellules eucaryotes. L'ADN y est toujours associé à des protéines et donc déjà un peu condensé. Durant l'interphase, la chromatine évolue en permanence entre des formes peu condensées et des formes plus condensées, la chromatine est une structure très dynamique. Ainsi l'accessibilité de l'ADN varie en permanence. 2.1 - L'euchromatine C’est la forme peu condensée de l’ADN, le rendant accessible pour la transcription des gènes. Elle peut être retrouvée sous deux formes : La fibre nucléosomique : l’ADN y est seulement associé à une catégorie de protéines, les histones. La fibre nucléosomique est composée de plusieurs nucléosomes autour duquel l’ADN s’enroule 2 fois avant de présenter une partie « libre » jusqu’au prochain nucléosome. Chaque nucléosome est composé de 8 histones (= octamère d’histones) et leur fixation à l’ADN est très dynamique : les nucléosomes peuvent "glisser" le long de l'ADN, l'ADN peut se désenrouler partiellement puis se réenrouler, les protéines histone au sein d'un nucléosome sont échangées, etc. La fibre épaisse : Forme de l’ADN plus condensée que celle de la fibre nucléosomique grâce au resserrement des nucléosomes entre eux à l’aide d’autres protéines, soit sous forme de zig-zag, soit sous forme de solénoïde (structure plus dense, hélicoïdale). La fibre de 30 nm peut être formée par un repliement en zig-zag, un modèle de solénoïde, ou une combinaison ou transition entre ces deux modèles, dépendant des conditions locales et fonctionnelles de la chromatine. Dans tous les cas, le diamètre de la fibre est alors plus épais, soit de 30nm. Rq : Cette description repose en partie sur des modèles théoriques et des données indirectes. En réalité, la structure exacte de la fibre de 30 nm dans les cellules vivantes reste encore controversée et pourrait varier selon les contextes biologiques et les espèces. Le long d'un chromosome, il y a alternance dynamique entre zones de fibre nucléosomique et des zones de fibre épaisse. INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) 2.1 - L'hétérochromatine Des nouvelles protéines rejoignent la chromatine pour la compacter encore plus. C'est une forme plus condensée de l'ADN qui n'est pas compatible avec la transcription (ADN non accessible). Les zones de génome ne comprenant pas de gènes ou des gènes non nécessaires à la cellule sont généralement compactées en hétérochromatine. Dans une cellule typique de mammifère l'hétérochromatine constitue environ 10 % du génome. Il y a en réalité plusieurs formes d'hétérochromatine selon les nouvelles protéines présentes : le terme hétérochromatine évoque un degré de condensation plus important et non pas une structure très précise. Certaines formes d'hétérochromatine sont plutôt dynamiques : elles ont tendance à s'étendre par leurs 2 extrémités, elles peuvent également se rétracter. Leur présence au niveau de certains gènes ou séquences de l’ADN, ou leur conversion en euchromatine varie en fonction du type cellulaire, du stade de développement ou des conditions physiologiques/pathologiques dans lesquelles se trouve la cellule. Cela permet de contribuer à la régulation de l’expression des gènes (en combinaison avec les facteurs de transcription → Cf partie B). D'autres formes d'hétérochromatine sont très stables, "définitives" ou « constitutives » comme par les exemples les centromères, régions péricentromériques ou les télomères. Elles sont toujours présentes à l’état d’hétérochromatine, donc condensé, quel que soit le type cellulaire ou les conditions dans lesquelles se trouve la cellule. Elles assurent des fonctions structurelles et de protection essentielles à la stabilité et à l’intégrité des chromosomes (évitent la dégradation ou les recombinaisons illégitimes en rendant l’ADN difficile d’accès aux enzymes responsables de ces évènements (nucléases, recombinases,..)). Au total, les protéines "non-histones" dans la chromatine représentent environ la même masse que les protéines histones et que l'ADN. 1.3 - La structure globale des chromosomes interphasiques L'euchromatine et l'hétérochromatine formant les chromosomes interphasiques sont organisées dans des structures d'ordre supérieur afin de faire tenir l'ADN dans le noyau des cellules. À l'intérieur du noyau interphasique, les chromosomes occupent des territoires distincts (mis en évidence par des couleurs différentes sur la Figure 11. Généralement, les 2 chromosomes homologues occupent des territoires qui ne sont pas côte à côte. À l'intérieur de chaque territoire chromosomique, la chromatine est repliée en de multiples boucles et séparée en deux compartiments distincts : le compartiment A, regroupé autour du nucléole et des corps nucléaires où la chromatine est dite active ; le compartiment B, associé aux LAD (domaines associés à la lame basale de la membrane nucléaire) à la périphérie du noyau, où la chromatine est dite inactive. INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Figure 10 - Organisation nucléaire de la chromatine au cours de l’interphase. Les chromosomes homologues apparaissent de la même couleur. Les boucles de chromatine active/inactive forment des domaines appelés TAD (Transcriptionnally Active Domain) délimités par des complexes protéiques (hexagones violet/rose). Au sein de ces structures de niveau d’organisation supérieur, on peut donc avoir dans un même chromosome des zones d’euchromatine « actives transcriptionnellement », et des zones d’hétérochromatine « peu actives ou inactives transcriptionnellement ». En conclusion, à l'interphase, les chromosomes eucaryotes sont sous une forme très organisée dans le noyau et non pas disposés au hasard. Cette disposition évite les emmêlements et assure une accessibilité maximale de l'ADN tout en le compactant néanmoins pour qu'il tienne dans le noyau. Vidéo pour aller plus loin sur l’organisation 3D de notre génome: https://www.youtube.com/watch?v=Pl44JjA--2k 1.4 - La condensation des chromosomes à la mitose Le chromosome mitotique présente le degré le plus élevé de condensation. Sous cette forme les 2 chromatides-soeurs sont distinguables l’une de l’autre : elles sont reliées uniquement au niveau du centromère mais leurs « bras chromosomiques » sont « séparés » ce qui permettra de les détacher facilement au moment de l'anaphase. La manière dont le chromosome se condense n'est pas complètement comprise mais les boucles d'ADN s'enroulent en spirale autour d'un axe protéique. INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Figure 11 - Vue éclatée de l'ADN d'un chromosome mitotique. Chaque boucle d'ADN est représentée par une couleur différente, elles s'enroulent autour d'un axe protéique lui-même spiralé au coeur du chromosome. En résumé, l’ADN est compacté dans nos cellules à divers degrés allant de la fibre nucléosomique au chromosome mitotique (Figure 12)v, notamment grâce à des protéines spécifiques (histones et autres), et il est organisé au sein des chromosomes ou des noyaux des cellules sous différents niveaux de structuration (globules fractals, territoires chromosomiques, TADs…) qui ont pour but de compacter et « ranger » l’ADN dans le noyau et de réguler l’accès aux différents acteurs des fonctions biologiques telles que la réplication, la réparation et la transcription. Figure 12 – Les différents états de condensation de la chromatine L’hétérochromatine n’est pas représentée ici car elle ne correspond pas à une structure particulière de chromatine INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) 3. Les éléments structuraux du chromosome Pour bien fonctionner, bien se répliquer et bien se répartir dans les cellules-filles à la mitose, un chromosome eucaryote doit avoir 3 éléments structuraux : télomère, origine de réplication, centromère (figure 13). Tout chromosome eucaryote a plusieurs origines de réplication (en jaune), un seul centromère (en rouge) et un télomère à chaque extrémité (en bleu). Figure 13 – Position, fonctionnement et évolution des 3 éléments structuraux des chromosomes eucaryotes au cours du cycle cellulaire. 3.1 - Les origines de réplication Il s'agit de séquences spéciales qui sont nécessaires pour démarrer la réplication, elles permettent la séparation des 2 brins de la double hélice. Elles seront vues plus en détail en partie A, Chapitre 3. 3.2 - Les centromères Après la réplication, les chromatides-sœurs restent accrochées ensemble jusqu'à la métaphase de mitose, pour permettre leur bonne répartition. Elles restent accrochées au niveau d'une zone spéciale du chromosome, le centromère. Chaque chromosome a donc un seul centromère, dont l'emplacement sur la longueur du chromosome est très variable en fonction du type de chromosome (mais identique entre chromosomes homologues). C'est également au niveau du centromère que les fibres du fuseau mitotique s'attachent durant la prophase de mitose, via des complexes de protéines appelés « kinétochores ». (Figure 14) INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) A B Figure 14 – Centromère et kinétochore A : localisation du centromère et des kinétochores sur le chromosome mitotique B : Zoom sur la région du centromère avec le microtubule composant le fuseau mitotique en vert, le complexe protéique formant le kinétochore en bleu/gris/violet/jaune et l’ADN de la région centromérique du chromosome auquel il est attaché (ADN rouge, histones jaunes) Chez les eucaryotes complexes, on retrouve au niveau du centromère une séquence répétée un grand nombre de fois (longueur totale jusqu’à 105 pb). Toutefois, des études montrent que plus que la séquence elle-même ce sont les protéines fixées dessus qui donnent sa fonction de centromère à cette zone du chromosome. Cette zone, qui ne contient pas de gène, est compactée sous une forme particulière d'hétérochromatine qui est transmise aux molécules-filles après réplication. Ce mécanisme permet alors de transmettre l'emplacement des centromères de la cellule-mère aux cellules-filles. 3.3 - Les télomères Ce sont des séquences particulières aux extrémités des chromosomes qui permettent de conserver la longueur des chromosomes, d'éviter les fusions entre 2 chromosomes et d'éviter d'avoir des extrémités 5' et 3' libres (qui sont identifiées comme des cassures et qui sont donc tout de suite réparées donc recollées entre elles). La séquence télomérique est une courte séquence répétée un grand nombre de fois. Par exemple, chez l'Homme la séquence est : TTAGGG répété 500 à 5 000 fois environ. Elle est générée par la télomérase, une ADN polymérase, qui reconnait la séquence répétée par l’intermédiaire d’un ARN complémentaire. Il y a toujours une protubérance 3' (= le brin 3' est plus long que le brin 5') issue de la réplication à cette extrémité (vu au chapitre 3A). Cette protubérance 3' se replie et s'insère dans la zone double brin formant une boucle permettant de refermer la séquence télomérique sur elle-même. De plus les séquences télomériques attirent un complexe protéique formant une coiffe protectrice, nommée shelterine (Figure 15). INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Figure 15 – Structure des télomères et rôles du complexe Shelterin et de la télomérase dans la protection des extrémités des chromosomes. Source : D. Muoio et al. (2022). 4. Les génomes mitochondriaux et chloroplastiques Les mitochondries et chloroplastes sont des organites qui ont très probablement dérivés à partir de bactéries endosymbiotiques. Ces 2 types d'organites contiennent leur propre génome et leur propre machinerie pour transcrire ces génomes en ARN et les traduire en protéines. La taille de ces génomes varie beaucoup selon les organismes : Génome mitochondrial : 300 kb chez certaines plantes, 16 kb chez l'Homme, 6 kb chez Plasmodium falciparum ; Génome chloroplastique : 70 à 200 kb. Durant l'évolution, la majeure partie des gènes bactériens a été transférée dans les génomes nucléaires et les génomes mitochondriaux et chloroplastiques n'ont conservé que très peu de gènes: Génome mitochondrial : moins de 100 gènes (seulement 37 gènes chez l'Homme), dont beaucoup de gènes codant pour des ARNt Génome chloroplastique : environ 130 gènes, dont 50 codants pour des ARNt. INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Ces génomes ont des caractéristiques et un fonctionnement de type procaryote, ce qui est un argument très fort de leur origine procaryote : structure circulaire très souvent génome compact (notion vue plus loin) : pratiquement chaque nucléotide est transcrit dans ces génomes traduction par des ribosomes de type procaryote (vus plus loin) De manière un peu surprenante, le code génétique (notion vue plus loin) utilisé par les ribosomes mitochondriaux présente des différences avec le code génétique universel, néanmoins minimes puisqu'elles concernent seulement 4 codons sur les 64. II - Les génomes procaryotes Chez les procaryotes l'ADN procaryote est toujours circulaire. Il est associé à des protéines différentes de celles eucaryotes (pas de protéine histone par exemple) et le résultat n'est pas appelé chromatine. Cependant, la compaction reste malgré tout possible mais se fait par un mécanisme différent des Eucaryotes encore peu caractérisé par les chercheurs. Le niveau de compaction reste toutefois moins important que chez les Eucaryotes. L'ADN est situé dans une zone bien délimitée du cytoplasme de la cellule sans pour autant être délimitée par une membrane. Cette zone ne s'appelle donc pas noyau (pour rappel, les procaryotes n’ont pas d’organites intracellulaires comme un noyau, des mitochondries, un appareil de Golgi, etc, contrairement aux eucaryotes). Le génome d'une cellule procaroyte est organisé en : un seul chromosome (très rarement 2 chromosomes) : les procaryotes sont donc généralement n=1. La longueur moyenne d'un chromosome procaryote est de 106-107 pb. Ce chromosome est présent en un seul exemplaire, la cellule est donc haploïde. et plusieurs plasmides, petites molécules d'ADN d’environ 103 pb. Les plasmides ont un fonctionnement très différent des chromosomes : ils contiennent des gènes non indispensables (la cellule peut perdre les plasmides sans en mourir), ils ont une réplication autonome et ils sont présents en plusieurs copies (jusqu'à une centaine de copies). Une cellule procaryote est donc haploïde pour son chromosome et polyploïde pour ses plasmides. INS1ETBS03 – Génomique Structurale et fonctionnelle – M. CROZE (M. GUEYDAN et C. GROSJEAN) Figure 1 – Génome d’une cellule procaryote Les plasmides peuvent avoir plusieurs fonctions, que l’on pourrait classer en 3 grandes catégories : Plasmides améliorant les capacités de survie en milieu hostile : - Plasmides de résistance : conférant une résistance aux antibiotiques ou agents anti-microbiens - Plasmides de tolérance : conférant une résistance à des substances toxiques (métaux lourds, solvants). - Plasmides métaboliques (ou cataboliques) : assurant la dégradation de molécules complexes ou inhabituelles. Plasmides conférant un pouvoir pathogène : Ces plasmides augmentent la virulence et l’avantage compétitif dans un environnement bactérien dense ou dans un hôte : - Plasmides de virulence : codent pour des facteurs de pathogénicité (toxines, facteurs d’adhésion, etc.). - Plasmides colicinogènes : produisent des toxines bactéricides éliminant les concurrents. Plasmides facilitant le transfert génétique « horizontal »: Ces plasmides permettent la propagation des gènes entre bactéries, favorisant l’évolution et l’adaptation collective : - Plasmides conjugatifs : contiennent les gènes nécessaires à la conjugaison (pilus sexuel, système de transfert). Ils peuvent porter d'autres gènes et jouer un rôle clé dans le transfert horizontal de ces gènes. Ces types de plasmides ne sont pas mutuellement exclusifs. Un plasmide peut avoir plusieurs fonctions, par exemple être à la fois un plasmide de résistance et un plasmide conjugatif.