Universit Hassan II AIN CHOCK Facult de Mdecine et de Pharmacie Casablanca

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Université Hassan II AIN CHOCKFaculté de
Médecine et de PharmacieCasablanca

• - Cours de Biologie -
• Pr. Tahiri Jouti N.
• Année Universitaire 2005-2006

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Les Chromosomes
3
I. Définition

• structures filamenteuses constitués de fibres de
  chromatine
• Support du matériel génétique
• apparaissent au moment de la division cellulaire

4
II. Composition biochimique (1)

• 1/ lADN
• Chaque chromosome est formé dune molécule dADN
  associée à des protéines
• ADN
• - double chaîne de nucléotides
• - torsadée et antiparallèle

5
II. Composition biochimique (2)

• - La molécule dADN est formée
• - de bases puriques (A et G) double
  cycle
• - de bases pyrimidiques (C et T)
  monocycliques
• Les 2 chaînes
• - sont liées par des liaisons hydrogènes
• - de façon complémentaire A-T
• G-C

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II. Composition biochimique (3)

• 2/ les protéines
• les Histones et les protéines non histones
• - Les Histones (1)
• - petites protéines basiques de 100 à 200
  acides aminés
• - rôle structural
• - 60 millions de molécules par cellule

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II. Composition biochimique (4)

• - les Histones (2) 5 types qui forment 2
  groupes
• 1er groupe H2A, H2B, H3, H4 constituent un
• Octamère protéique ( 2 exemplaires de chacune
  des histones)
• 2ème groupe H1
• jouerait un rôle dans la compaction de lADN
• -

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II. Composition biochimique (5)

• Les Non Histones
• - protéines acides de petite taille
• - enzymes
• - rôle dans la régulation de lexpression du
  génôme

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III. Organisation moléculaire(1)

• Nucléosome Unité fondamentale de la chromatine
• Constitué de
• Une particule cur
• Une région de liaison ou Internucléosomale qui
  relie les particules coeurs

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III. Organisation moléculaire (2)

• La particule cur est composée
• - 146 paires de bases (pb) dADN, enroulées
  autour de loctamère protéique (diam700nm
  haut.550nm)
• La région internucléosomale
• - est de longueur variable
• - H1 est insérée à ce niveau sur une longueur de
  20 nucléotides

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III. Organisation moléculaire (3)

• Lassemblage de lADN en chromatine comprend
  plusieurs étapes
• 1/ formation des nucléosomes colliers de
  perles
• 2/ espacement régulier des nucléosomes
• ? formation du nucléofilament
• 3/ incorporation des histones internucléosomales
• et repliement du nucléofilament
• ? formation dun solénoïde de 30 nm de diam

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III. Organisation moléculaire (4)

• solénoïde comprend 6 nucléosomes par tour
• Soit 1Kb dADN ? compaction de lordre de 200
  fois
• Mais des niveaux supérieurs dorganisation sont
  nécessaires au fonctionnement du génôme

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III. Organisation moléculaire (5)

• Le solénoïde se replie en boucles formant des
  rosettes
• Chaque rosette
• comprend 10 boucles de 100 Kb
• correspond à une unité fonctionnelle de
  transcription et de réplication de 1Mb

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Compaction de lADN
15
Modèle des sous unités radiaires
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IV. Morphologie et nombre (1)

• 1/ Morphologie
• - Visible sur le chromosome métaphasique
• - Le CHS présente 2 chromatides reliées par un
  centromère
• - Les extrémités du CHS sont appelées télomères

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Chromosome métaphasique
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Différents niveaux de condensation de l'ADN
(1) Brin simple d'ADN. (2)Brin de chromatine (DNA
with histones). (3) Chromatine au cours de
l'interphase avec centromère. (4) Chromatine
condensée au cours de la prophase. (Deux copies
de la molécule d'ADN sont présentes) (5) au cours
de la métaphase.
19
IV. Morphologie et nombre (2)

• Le centromère (1)
• - constriction primaire du CHS
• - portion où lADN nest pas dupliqué
• - chaque CHS comporte un kinétochore (complexe
  protéique)

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IV. Morphologie et nombre (3)

• Le centromère (2)
• - kinétochore centre dorganisation des
  microtubules
• ? fixation des CHS au fuseau mitotique
• - les 2 chromatides surs unies de chaque
  côté du centromère

21
IV. Morphologie et nombre (4)

• Le Télomère
• - extrémité des chromatides
• - séquence ADN répétitive empêchant les fusions
  avec dautres CHS
• - rôle de ces séquences dans lattachement à la
  lamina en particulier lors de la méïose

22
IV. Morphologie et nombre (5)

• La constriction secondaire
• - située au niveau des CHS 13,14,15,21 et 22
• - correspond à lOrganisateur Nucléolaire ADNr

23
IV. Morphologie et nombre (6)

• 2/ Nombre
• - variable selon lespèce
• drosophile 8 Homme 46 CHS
• souris 40
• rat 42

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IV. Morphologie et nombre (7)

• - 22 paires dAutosomes notés de 1 à 22
• - 1 paire de gonosomes ou CHS sexuels
• XX chez la femme
• XY chez lhomme

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V.Rôle des chromosomes (2)

• Deux rôles principaux
• - transmission du patrimoine génétique
• - expression des gènes

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V.Rôle des chromosomes (2)

• 1/ Transmission du patrimoine génétique
• - Cellule mère ?? 2 cellules filles
• Mitose étape du cycle cellulaire
• - formation des cellules germinales
• Méïose

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Le cycle cellulaire

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a. le cycle cellulaire (1)

• Phase G1
• - phase de quiescence cellule synthétise les
  protéines
• ? croissance et fonctions cellulaires
• - phase de couplage entre la différentiation et
• la prolifération
• ? intégration des signaux cellulaires
• ?la cellule active éventuellement les
  mécanismes moléculaires d'entrée en S.

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a. le cycle cellulaire (2)

• - durée de G1 varie de quelques dizaines à
• plusieurs centaines d'heures
• ? réintégration du cycle cellulaire sous action
  dun stimulus
• - G1 plusieurs dizaines années dans certaines
  cellules
• ces cellules sont hors cycle dans un état
  métabolique particulier appelé GO

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a. le cycle cellulaire (8)

• - l'entrée en cycle passage G1-S dépend de
  facteurs inducteurs externes(facteurs de
• croissances (FC) )jusqu'au milieu de G1.
• au-delà de cette période appelée point de
  restriction (point R)
• l'entrée en S et
• la progression du cycle
• surviennent même en l'absence de FC
• mécanisme irréversible

31
a. le cycle cellulaire (3)

• Phase S
• - durée varie de 6 à 20 heures
• - prolongée en cas de lésions de l'ADN devant
  être réparées
• - duplication de lADN
• - synthèse des histones

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a.Le cycle cellulaire (4)

• Duplication de lADN (1)
• - Semi-conservative
• 1/ADN-polymérase ? ouverture de la double hélice
  
• 2/chaque demi-brin parental reconstitue le brin
  qui lui est complémentaire

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a.Le cycle cellulaire (5)

• Duplication de lADN (2)
• deux nouvelles structures d'ADN
• formées de deux brins le brin matrice et le
  brin néo-formé synthétisé au cours de la
  réplication.
• - Bicaténaire Les deux brins sont répliqués
  simultanément

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Duplication de lADN
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a. le cycle cellulaire (6)

• - Bidirectionnelle
• Au site d'initiation , deux complexes de
  réplication
• - sont simultanément activés sur chacun des
• brins de la molécule mère
• - ils progressent dans les deux directions
• - Il y a plusieurs sites dinitiation fourches
  de réplication

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Duplication de lADN
37
a. le cycle cellulaire (7)

• Phase G2
• - formation des complexes moléculaires qui vont
  déclencher la mitose
• - système de surveillance du génôme vérifie
  l'intégrité de l'ADN
• - durée d'environ 1 à 4 heures

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b. la mitose (1)

• La prophase
• - chromatine se condense en structures très
  ordonnées et individualisées appelées
  chromosomes.
• - Les nucléoles se désagrègent.
• - deux copies identiques du génôme dans chaque
  cellule les chromosomes constitués de deux
  chromatides chromatides surs

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b. la mitose (2)

• le centrosome s'est dupliqué avant le début de
  la prophase
• ?
• le centrosome contient alors 4 centrioles

40
La prophase

• Chaque
• centrosome migre vers un pôle de la cellule

41
b. la mitose (3)

• - les microtubules se réorganisent pour former
  le fuseau mitotique
• - structure bipôlaire qui s'étend entre les deux
  centrosomes mais reste à l'extérieur du noyau.

42
b. la mitose (4)

• la prométaphase
• Certains auteurs considèrent la prométaphase
  comme une partie de la prophase
• - la membrane nucléaire se désagrège sous forme
  de vésicules
• - Des complexes protéiques spécialisés  les
  kinétochores, se forment au niveau des
  centromères

43
La Prométaphase
44
b. la mitose (5)

• - certains microtubules s'accrochent aux
  kinétochores
• microtubules kinétochoriens relient chaque
  chromatide à un pôle
• - Les microtubules accrochés aux centrosomes
  microtubules polaires
• - des microtubules qui ne font pas partie du
  fuseau mitotique forment l'aster
• microtubules astraux

45
La prométaphase
microtubules polaires
microtubules kinétochoriens
microtubules astraux
46
b. la mitose (6)

• La métaphase
• - rassemblement des chromosomes condensés à
  l'équateur de la cellule ? la plaque équatoriale
• - alignement dans un plan situé à mi-chemin des
  deux pôles
• - réplication du centromère par duplication
  tardive de son ADN

47
La métaphase
48
La métaphase
49
b. la mitose (7)

• Lanaphase
• - les chromatides surs se séparent brutalement
  
• - elles sont  tirées  par les microtubules en
  direction du pôle
• - vitesse de migration d'environ 1µm/min

50
b. la mitose (8)

• - déplacement des chromatides sur les
  microtubules kinétochoriens qui raccourcissent
  par dépolymérisation
• - les kinétochores permettent
• d' arrimer  une chromatide au microtubule
• de les faire transporter le long des
  microtubules qui restent fixes..

51
b. la mitose (9)

• - les microtubules polaires s'allongent
• ? les pôles du fuseau mitotique s'éloignent l'un
  de l'autre entrainant avec eux les chromatides.

52
LAnaphase
53
LAnaphase
54
b. la mitose (10)

• La télophase
• - allongement des microtubules polaires
• - les microtubules kinétochoriens disparaissent.
  
• - décondensation des chromatides surs commence
• - l'enveloppe nucléaire et les nucléoles
  commencent à se reformer.

55
b. la mitose (11)

• Cytodiérèse division du cytoplasme
• - formation du sillon de division dans un plan
  perpendiculaire à l'axe du fuseau mitotique
• - clivage dû à un anneau contractile composé
  principalement d'actine et de myosine.
• - cette constriction ce fait de manière
  centripète

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b. la mitose (12)

• - Le sillon de division se resserre
• ? formation d un corps intermédiaire passage
  étroit entre les deux cellules filles qui
  contient le reste du fuseau mitotique
• - séparation complète des deux cellules filles
  

57
Télophase et Cytodiérèse
58
b. la mitose (13)

• - l'enveloppe nucléaire et les nucléoles
  finissent de se reconstituer
• - l'arrangement radial interphasique des
  microtubules nucléés par le centrosome se
  reforment

59
Obtention de deux cellules filles
60
c. lapoptose / nécrose (1)

• - la mort par nécrose destruction massive des
  cellules par des facteurs exogènes
• Physiques chimiques ou biologiques
• ? la lyse osmotique des cellules
• ? rupture des membranes
• ? destruction des organites
• ? libération du contenu cellulaire
• ( enzymes lytiques)
• ? cicatrisation

61
c. lapoptose / nécrose (2)

• L'apoptose mort cellulaire programmée
• élimination sélective des cellules
• ? dépend de l'activation d'une machinerie
  cellulaire
• ? requiert l'activation de gènes et une synthèse
  protéique

62
c. lapoptose / nécrose (3)

• Mécanisme fondamental qui contrôle
• - l'homéostasie
• - l'intégrité et
• - les fonctions des cellules
• de façon permanente

63
c. lapoptose / nécrose (4)

• Mécanismes
• L'apoptose processus actif génétiquement régulé
• en réponse à des conditions subléthales
• - condensation du cytoplasme
• - Préservation de l'intégrité des organites et
  des macromolécules jusqu'à un stade avancé
• - réduction du volume cellulaire

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c. lapoptose / nécrose (5)

• - la cellule s'arrondit
• - perte des contacts avec les cellules
  voisines
• - condensation de la chromatine à la
  périphérie du noyau (marginalisation)
• - clivage de l'ADN

65
d. La méïose (1)

• division cellulaire particulière concernant les
  lignées germinales réductionelle
• nombre de chromosomes par cellule fille sera
  réduit par la moitié

66
d. La méïose (2)

• méiose
• - les cellules somatiques
• 46 chromosomes par cellule nombre
  diploïde (2n46).
• - Les gamètes
• 23 chromosomes
• nombre haploïde (n23)
• La méiose ? production de cellules haploides
• - ovogénèse
• ? formation des gamètes
• - spermatogénèse

67
d. La méïose (3)

• - spermatozoïde (23 CHS) fusion avec l'ovule (23
  CHS)
• ? zygote (46 CHS)
• - fusion des deux gamètes ? production dun
• nombre de chromosomes total égal au
• nombre de chromosomes d'une cellule diploïde

68
d. La méïose (4)

• Méïose 2 divisions successives
• - 1 division réductionnelle Méïose I
• - 1 division équationnelle Méïose II
• Méïose I
• séparation des chromosomes homologues
• ? deux cellules filles moitié des
  chromosomes
• Méïose II
• chromosomes dédoublés ? deux chromatides soeurs
  production de 4 cellules filles haploïdes
•  

69
d. La méïose (5)

• MÉIOSE I PHASE RÉDUCTIONELLE
• PROPHASE I phase la plus longue, 5 stades
• (23 jours chez lhomme)
• Stade leptotène
• chromosomes bichromatidiens visibles en forme de
  longs filaments
• réplication de l'ADN durant l'interphase

70
Leptotène

• Chromosomes dupliquésfilaments irréguliers
• - Zones de condensation
• ou chromomères
• - Rapprochement des homologues

71
Zygotène

• Début de lappariement des chromosomes
  homologues

72
Pachytène

• - Phase la plus longue de la prophase
• (16j chez lhomme)
• Appariement complet
• ?les chromosomes sont sous forme de bivalents

73
d. La méïose (6)

• Stade pachytène
• - Le crossing-over se fait
• - échange réciproque de fragments entre les
  chromosomes homologues
• - permet une plus grande diversité génétique
  brassage intra-chromosomique

74
d. La méïose (7)

• Stade diplotène
• - Séparation des CHS homologues unis juste par
  des chiasmas
• Stade de diacinèse
• Disparition de lenveloppe nucléaire et du
  nucléole
• Chromosomes fixés sur le fuseau mitotique

75
Diplotène

• Condensation accrue des chromosomes
• Les bivalents ont tendance à se dissocier
• - sauf aux endroits des recombinaisons chiasmas

76
Métaphase I

• Les chromosomes se disposent sur la plaque
  équatoriale
• Centromères des CHS homologues dirigés chacun
  vers un pôle de la cellule

77
Anaphase I

• Les chromosomes homologues se séparent
• et migrent à chacun des pôles
• - Pas de séparation de leurs chromatides surs

78
d. La méïose (8)

• ANAPHASE I
• Les centromères ne se divisent pas
• une réduction du nombre de chromosomes

79
d. La méïose (9)

• TELOPHASE I
• Un nouveau noyau haploïde se forme dans les deux
  nouvelles cellules
• Les chromosomes disparaissent de vue
• La cytodiérèse est presque complète

80
Intercinèse

• - Phase de préparation à la Méïose II
• sans nouvelle synthèse dADN

81
d. La méïose (10)

• INTERCINÈSE
• Il y a maintenant deux cellules haploïdes, avec
  des chromosomes à deux chromatides
• l'ADN est déjà doublé
• - Pas de doublement de matériel génétique
  durant l'intercinèse

82
d. La méïose (11)

• MÉIOSE I PHASE EQUATIONNELLE MITOSE
• PROPHASE II
• Formation du fuseau mitotique
• METAPHASE II
• Chromosomes sur la plaque équatoriale
• Clivage du centromère après duplication tardive
  de lADN

83
d. La méïose (12)

• ANAPHASE II
• Séparation des centromères
• Migration des chromatides surs

84
d. La méïose (13)

• TELOPHASE II et cytodiérèse
• Désorganisation du fuseau mitotique
• Formation de lenveloppe nucléaire
• Décondensation des chromosomes
• Division cytoplasmique

85
Différences entre méiose et mitose (1)

• MITOSE
• Localisation tous les tissus
• Produits cellules somatiques 46 chr
• Réplication de lADN
• 1 cycle de réplication par division

• MEIOSE
• Gonades
• spz et ovocytes 23 chr
• 1 cycle de réplication mais 2 divisions

86
Différences entre méiose et mitose (2)

• Durée de la Prophase
• courte (30)
• Appariement des
• Homologues Aucun
• Recombinaison
• dhomologues
• rare et anormale
• Relation entre cellules Filles identiques

• longue et complexe
• oui (méiose I)
• au moins 1 par paire
• différentes

87
VI. Anomalies chromosomiques (1)

• - peu fréquentes
• - affectent les gonosomes et les autosomes
• - de différents types

88
VI. Anomalies chromosomiques (2)

• CONSTITUTIONNELLE
• - les différents organes ("l'ensemble de
  l'individu") ont la même anomalie
• - L'accident chromosomique existait déjà chez
  l'embryon
• - production avant la fécondation, dans l'un des
  gamètes, ou dans une des cellules du zygote
• - souvent une dysmorphie et/ou des malformations
  viscérales, et/ou un retard du développement
  psychomoteur

89
VI. Anomalies chromosomiques (3)

• ACQUISE
• - un seul organe est touché
• - autres organes sont normaux
• - production au cours de la vie de l'individu
• - acquis par rapport au caryotype
  constitutionnel
• - Le sujet est porteur d'un processus cancéreux
  sur l'organe impliqué

90
VI. Anomalies chromosomiques (4)

• HOMOGENE
• toutes les cellules du tissu examiné portent la
  même anomalie
• - exemple 1 une anomalie constitutionnelle
  survenue chez un gamète parental (ex 21)
  retrouvée chez toutes les cellules de l'enfant
  descendant (ex trisomie 21 homogène)

91
VI. Anomalies chromosomiques (5)

• HOMOGENE
• toutes les cellules du tissu examiné portent la
  même anomalie
• - exemple 2 une anomalie acquise survenue lors
  d'une leucémie peut être présente sur toutes les
  cellules sanguines étudiées chez cet individu
  (cellules normales sont suffisamment inhibées
  pour que l'on n'en retrouve aucune en mitose )
• t(922) dans la leucémie myéloïde chronique
  (LMC)

92
VI. Anomalies chromosomiques (6)

• EN MOSAIQUE
• si certaines cellules du tissu examiné portent
  l'anomalie alors que d'autres sont normales
  (notion de clône).
• exemple 1
• - une anomalie constitutionnelle survenue chez
  le zygote après plusieurs divisions cellulaires
  (ex 21)
• - ne touchera qu'une partie des cellules de
  l'embryon puis de l'enfant

93
VI. Anomalies chromosomiques (7)

• exemple 2
• - une anomalie acquise, dans une leucémie
• - peut n'être présente que sur une partie des
  mitoses si des cellules normales entrent en
  division
• - un clône supplémentaire peut porter des
  anomalies additionnelles
• (leucémie aiguë lymphoblastique)

94
VI. Anomalies chromosomiques (8)

• DE NOMBRE
• - si un (des) chromosome(s) est (sont)
• surnuméraire(s) (trisomie) (ex 21)
• manquant(s) (monosomie) ex XO par perte
  d'un gonosome
• - le caryotype est toujours déséquilibré lors
  d'une anomalie de nombre.

95
VI. Anomalies chromosomiques (9)

• DE STRUCTURE
• - si il y a cassures chromosomiques et
  recollements erronés l'anomalie de structure est
  
• Equilibrée si il n'y a ni perte ni gain de
  matériel génétique Translocation
• Déséquilibrée sil en résulte une délétion
  et/ou une duplication d'un fragment
• Délétion, insertion, duplication