Cours 5 Noyau - PDF

Le noyau Structure particulière des cellules eucaryotes Limité par l’enveloppe nucléaire Contient le nucléoplasme Contient la majeure partie de l’ADN de la cellule (génome nucléaire) Présent en interphase et disparait lors de la division cellulaire Structure Générale Caractères généraux Enve...

Le noyau Structure particulière des cellules eucaryotes Limité par l’enveloppe nucléaire Contient le nucléoplasme Contient la majeure partie de l’ADN de la cellule (génome nucléaire) Présent en interphase et disparait lors de la division cellulaire Structure Générale Caractères généraux Enveloppe nucléaire Pores nucléaires Chromatine Nucléole Caractères généraux Enveloppe nucléaire Pores nucléaires Chromatine Nucléole En général: une cellule eucaryote - un noyau MAIS il existe: Syncytium (fusion de cellules, plusieurs noyaux) -cellules musculaire striées - ostéoclastes - cellules du placenta (syncytiotrophoblastes) Cellules acaryotes (sans noyau) - erythrocytes de mammifères - keratinocytes de la couche cornée - 5 à 6µm de diamètre - Forme en générale sphérique mais ovoïde (cellules musculaires) et polylobé (polynucléaires) possible - Volume variable en fonction du type cellulaire et de l’activité cellulaire. En général 6% du volume cellulaire Ce % augmente dans cellules cancéreuses/ en division Ce % diminue dans cellules différenciées (Go) - Position variable en fonction de la différenciation cellulaire (central/basal). Positionnement par interaction avec cytosquelette (MT/FI) Caractères généraux Enveloppe nucléaire Pores nucléaires Chromatine Nucléole Caractéristique générale de l’enveloppe nucléaire 8 nm 8 nm 30- 35nm 10-20 nm Structure Deux membranes concentriques: externe (extension RER) interne (associée à la lamina (nucléosquelette)) Espace périnucléaire (continuité lumière RER): stockage de Ca2+ Fonctions isole l’ADN en interphase contrôle l’expression des gènes  La Lamina nucléaire (nucléosquelette) Structure: -30-100 nm d’épaisseur -Des protéines transmembranaires regroupent les dimères de lamines - Les lamines B (mais pas A et C) sont ancrées dans la membrane interne - Les récepteurs des lamines sont des protéines transmembranaires Fonctions: - Stabilise l’enveloppe nucléaire - Structure/position de l’hétérochromatine (non transcrite) - Reformation de l’enveloppe nucléaire en télophase Phosphorylation Déphosphorylation Lamines B Lamines A et C Dissociation de l’enveloppe Réapparition de l’enveloppe sous forme de vésicules et association aux chromosomes Structure de l’enveloppe nucléaire au cours du cycle cellulaire Décondensation des chromosomes Caractères généraux Enveloppe nucléaire Pores nucléaires Chromatine Nucléole Structure protéique cylindrique d’ordre 8 complexe de 125 Mda constitué d’environ 450 protéines (40-50 nucléoporines (Nup) différentes)  Structure du pore nucléaire (filaments de la cage) Petit anneau nucléoplasmique Structure 4 anneaux associés à 8 colonnes 1 Petit anneau nucléoplasmique Un transporteur central + 8 canaux périphériques 8 filaments cytosoliques 8 filaments de la cage Filaments proximaux Canaux périphériques: transport passif, diffusion facilitée (ions, oses, nucléotides, petites protéines < 40 kDa) Vitesse de transfert inversement proportionnelle à la taille de la particule Transporteur central : pore ajustable de 9 à 40 nm, transport actif de grosses molécules (> 40 kDa) jusqu’à des particules de 40nm de diamètre Les pores nucléaires sont des structure dynamiques Nombre de pores est d’environ 3000 à 4000/noyau (5 à 15% de la surface de l’enveloppe. ∆/ quiescence (G0) ou prolifération cellulaire (embryogenèse) ∆/ activité métabolique Assemblage/désassemblage des pores encore peu connu Transport nucléocytoplasmique Importines et Exportines (Karyophérines) Récepteurs à double affinité - Reconnaissent des signaux d’adressage (NLS et NES) à la surface du cargo (protéines repliées) - Se lient aux nucléoporines pour traverser le pore NLS NES exportine Régulation du trafic nucléocytoplasmique - Variation du nombre de pores nucléaires en fonction des besoins de la cellule - Vitesse du flux de matériel à travers le pore nucléaire (dépendant de la concentration en importine et exportine) - Masquage et démasquage des séquences d’adressage (NLS et NES) - Spécificité de la diffusion à travers les canaux latéraux du pore nucléaire Caractères généraux Enveloppe nucléaire Pores nucléaires Chromatine Nucléole La chromatine est composée de: ADN (contient 99% de l’information génétique de la cellule) Protéines Non histones: Facteurs de transcription Enzymes de transcription, de replication ou de réparation Histones ARN (ARN en cours de synthèse) Le génome humain -3,2 109 pb/génome haploïde (= 22 autosomes + X /Y gonosomes) soit 6,4 109 pb/ noyau (cellules somatiques diploïdes) - La taille d’un chromosome varie de 50.106 à 250.106 pb soit 1,7 cm à 8,5 cm si l’ADN était déroulé Dans le noyau d’une cellule humaine ≈ 2 m d’ADN Une cellule a une longueur moyenne de 20 µm Nécessité d’un compactage Compaction de l’ADN Permet de: limiter le volume du noyau limiter et contrôler l’accès aux gènes La chromatine a trois états de condensation au cours du cycle cellulaire: Deux dans le noyau interphasique (G1/S/G2 ou G0) : Chromatine dispersée : Euchromatine Chromatine condensée : Hétérochromatine Un dans le noyau mitotique (M) : Chromatine hypercondensée : Chromosomes mitotiques  Double hélice d’ADN Euchromatine (transcription possible) Collier de perles INTERPHASE + Histones H1 6 nucléosomes/tour internucléosomaux Hétérochromatine (non transcrite) Domaines en boucles MITOSE/MEIOSE Une chromatide Condensine Chromosome métaphasique Repli des domaines en boucles Cohésines  Organisation de l’euchromatine en collier de perles (11 nm) Enroulement: 1,65 tour 146pb d’ADN + octamère d’histones  Histones Petites protéines basiques chargées positivement (ADN chargé négativement) Formation du nucléosome (H2A, H2B, H3 et H4) x2 L’ octamère d’histones du nucléosome est très conservé parmi les espèces Permet le 1er niveau de compaction de l’ADN : longueur divisée par 7 Liaison avec ADN indépendante de la séquence nucléotidique Liaison avec protéines de la membrane interne de l’enveloppe ou de la lamina  Histone H1 H1 ADN - En dehors du nucléosome - Maintien ADN enroulé sur nucléosome - En interagissant avec d’autres H1, permet compaction en fibre de 30 nm (hétérochromatine) Modifications épigénétiques Les modifications chimiques des histones (acétylation, méthylation, phosphorylation) modifient leur liaison à l’ADN et donc la compaction de la chromatine. Euchromatine ADN- Histones Acetylés - ADN- Histones déacétylés + Héterochromatine Chromatine du noyau interphasique Nucléole : synthèse des Euchromatine Hétérochromatine ARN ribosomaux (ADN peu compacté (ADN compacté et transcrit) et non transcrit) centrale périphérique Chromatine (contient les gènes) Nucléole apparait sombre en MET, pourtant constitué d’euchromatine Chromatine du noyau interphasique Héterochromatine (condensée, dense aux électrons) > 30nm 90% Constitutive: pas de gènes, jamais transcrite (centromères et télomères) Facultative: gènes présents mais transcription réprimée (peut évoluer vers euchromatine) Euchromatine (décondensée, peu dense aux électrons) < 30nm 10% Chromatine active: ADN en cours de transcription (ARN) peut évoluer vers hétérochromatine facultative  Transcription (Euchromatine) Nécessité: -d’une ARN polymérase (spécifique d’un type d’ARN chez les eucaryotes) -de facteurs de transcription Structure des gènes, transcription et réplication Cf Biologie Moléculaire et Génétique (L1S2) Caractères généraux Enveloppe nucléaire Pores nucléaires Chromatine Nucléole - Ce n’est pas un organite - Structure non limitée par membrane - Corpuscule sphérique très dense (mais pas héterochromatine) - Présent en interphase - Disparait durant mitose chez eucaryotes supérieurs - Taille/disposition varie en fonction activité de synthèse des protéines de la cellule - Composition: 5% ADN, 10% ARNr, 85% protéines Fonction: Synthèse des ARN ribosomaux (ARNr) et biogénèse des ribosomes du cytosol Mitochondries et chloroplastes synthétisent leurs propres ribosomes Plusieurs zones visibles en MET centre fibrillaire dense: transcription des ARNr clair: maturation des ARNr centre granulaire assemblage des ARNr matures avec les protéines ribosomales. Formation des SU ribosomales Organisateur nucléolaire (20 copies en tandem du gène ADNr) Nucléole: Boucles d’ADN issues des chromosomes (5 paires chez l’Homme) portant les organisateurs nucléolaires  Assemblage des SU ribosomales Transcription des ARNr clair Maturation des ARNr  (environ 12000/sec) (environ 150/sec Transporteur central) (Particules constituées d’ARNr et de protéines ribosomales)