biologie moléculaire et cellulaire 3

Question 1

Un corpuscule nucléaire clef: le nucléole

Answer 1

• Le nucléole : une structure décrite dès le 19ème siècle.
• Le nucléole possède des régions distinctes visibles en microscopie électronique.
• Le nucléole assure la fabrication des sous unités ribosomales.

Question 2

Les ribosomes: composition

Answer 2

• composés de 4 ARN ribosomaux (ARNr)

–> 5S, 5.8s, 18S & 28S

• 5.8S, 18S & 28S: produits par l’ARN Pol I
• 5S: produit par l’ARN Pol III

(Unité de transcription du précurseur ARNr 45s par l’ARN polymérase 1)

• Tous les gènes pour les ARNr sont répétés dans le
  génome
• L’ARNr 18S est un composant de la petite sous-unité 40S
• Les ARNr 5S, 5.8S & 28S sont des composants de la grande sous-unité 60S
• (Les gènes codant les protéines ribosomales sont transcrits par l’ARN Pol II)

Question 3

L’organisateur nucléolaire donne naissance aux nucléoles

Answer 3

• Il y a environ 200 copies de l’unité de transcription du précurseur ARNr 45S, réparties sur 5 chromosomes (Chr 13 Chr 14 Chr 15 Chr 21 Chr 22).
• Chaque organisateur nucléolaire est formé par une répetition en tandem d’environ 20 copies de l’unité de transcription du précurseur ARNr 45S.

–> nucléole est une usine pour la production des ribosomes

Question 4

Les étapes de la synthèse des ribosomes

Answer 4

1/ Synthèse du précurseur ARNr 45S par l’ARN Pol I

2/ Maturation du précurseur ARNr 45S en ARNr 5.8S, 18S & 28S

3/ Synthèse des protéines ribosomales dans le cytoplasme (les gènes codant les protéines ribosomales sont transcrits par l’ARN Pol II)

4/ Synthèse de l’ARNr 5S dans le noyau, mais hors du nucléole par l’ARN Pol III

5/ Assemblage des ARNr et protéines ribosomales dans pré-ribosomes

6/ Maturation et exportation des sous-unités au cytoplasme pour la traduction

Question 5

Changements d’aspect du nucléole au cours du cycle cellulaire

Answer 5

1) préparation à la mitose
2) dissociation du nucléole pendant la mitose
3) réassociation du nucléole (préparation à la réplication de l’ADN)
4) réplication de l’ADN

La fusion nucléolaire :
après la mitose, chacun des 10 chromosomes humains qui portent un organisateur nucléolaire commence à former un minuscule nucléole, mais ceux-ci fusionent rapidement pour finalement former l’unique gros nucléole typique des cellules en interphase.

Question 6

Quels sont les points à retenir sur le nucléole ?

Answer 6

1/ Organisateur nucléolaire : des gènes de l’ARN ribosomal (ARNr) répétés.

2/ Transcription des gènes pour l’ARNr 45S par l’ARN polymérase I.

3/ maturation de l’ARNr pour les sous-unités ribosomiques.

4/ Le petit ARNr 5S est transcrit indépendamment.

5/ L’importation dans le noyau des protéines ribosomales est nécéssaire à l’assemblage des ribosomes.

Question 7

Visualisation des corpuscules nucléaires proéminents

Answer 7

–> Immunofluorescence (IF)

• La fibrilarine dans les nucléoles et les corpuscules de Cajal
• Protéine impliquée dans l’épissage des pré-ARNm
• La coïline dans les corpuscules de Cajal (proche des protéines impliquées dans l’épissage pré-ARNm

Question 8

Les corpuscules de Cajal (CB)

Answer 8

1/ Les CB sont des domaines nucléaires multifonctionnels

2/ Les CB sont le lieu de biogenèse de différentes RNP comme les snRNP, les snoRNP et la télomerase.

3/ Les CBs sont des structures dynamiques, dont le nombre peut donc varier rapidement avec un changement du niveau de transcription.

(nucléole + grand que CB)

Question 9

Les speckles ou SFC (splicing factors compartments)

Answer 9

1/Les speckles (=compartiments d’épissage) se forment à proximité des sites actifs de transcription

2/Les speckles stockent/relarguent des facteurs ou protéines impliqués dans les processus de transcription et d’épissage, ainsi que dans d’autres étapes de la maturation des ARNm.

Question 10

Quels sont les points à retenir sur les corpuscules nucléaires ?

Answer 10

1/ Ils participent à divers processus nécessaires à l’expression des gènes: tels que la production des ribosomes (nucléole), l’épissages des ARNm (speckles), la maturation des UsnRNPs (corpuscules de Cajal).

2/ Ils interagissent activement avec la chromatine.

3/ Leur localisation est impliquée/importante pour leur fonction.

4/ S’ils ne peuvent pas être formés ou fonctionnent mal des pathologies humaines se développent.

Question 11

Qu’en est-il de la périphérie du noyau? La Lamina nucléaire :

Answer 11

L’enveloppe (et non membrane) nucléaire est:

• formée de 2 membranes
• en continuité avec le reticulum endoplasmique
• tapissée, à l‘intérieur par la lamina nucléaire
• percée de pores permettant les échanges noyau- cytoplasme

(voir p.22)
- HP1 se dépose sur chromatine quand très réprimée

Question 12

La lamina nucléaire (2.0)

Answer 12

–> structure dynamique formée de lamines qui s’associent entre elles

=> polypeptide de lamine –> dimère –> polymère (association dimères à la queue leu leu) –> filament (associations côte à côte des polymères) –> lamina nucléaire = réseau dense de lamines

• Structure de la lamina nucléaire est régulée par phosphorylation/déphosphorylation des lamines

(phosphorylation = dissociation de la lamina nucléaire)

(déphosphorylation = permet aux lamines de se réarranger en enveloppe nucléaire)

Question 13

L’enveloppe nucléaire se dégrade pendant la mitose

Answer 13

Les modifs post-traductionelles des protéines contrôlent leur fonctions

• Noyau en interphase –> phosphorylation des lamines => prophase (lamines phospho) –> déphosphorylation des lamines => début de la télophase => fusion fragments de l’enveloppe nucléaire) –> fusion chromosomes enveloppés

Question 14

Par quelles lamines est ce que la lamina nucléaire est formée ?

p.25

Answer 14

1) Gene LMNA ( 2 isoformes d’épissage majoritaires) => Lamine A et Lamine C (=domaine N-terminal)

et 3 autres isoformes d’épissage minoritaires => CSIM (=domaine C-terminal)

(entre 2 domaines = domaine coiled coil)

2) Gene LMNB1 => Lamine B1————CAIM
3) Gene LMNB2 => Lamine B2———–CVYM

Question 15

Lamines de type A sont des produits d’épissage alternatif du gene LMNA

Answer 15

• parfois, épissage alternatif conduit à mutations : ex: Progerin (Activation internal 5’ splice site) => vieillissement prématuré

Question 16

Les alterations de la lamina nucléaire ont des consequences pathologiques.

Answer 16

• La maturation post-traductionnelle de la prelamin A
  est altérée dans la progeria (HGPS)

-peuvent être reproduites en utilisant les souris comme organisme modèle!

Question 17

Qu’en est il du transport des molécules entre noyau et cytosol?

Answer 17

=> via complexes de pores (transport = bidirectionnel)

Question 18

Structure des complexes du pore nucléaire (NPC)

Answer 18

• Environ 30 protéines (nucléoporines) différentes, en multiples exemplaires, sont nécessaires pour la construction du NPC.
• pore nucléaire coté noyau (cage nucléaire) < coté cytosol
• contient: voir p.33
• 3000 à 4000 NPC par cellule

≈ 500 molécules par NPC par seconde

=> 1.5 - 2 millions de molécules échangés entre noyau et cytosol par cellule par seconde => processus extremement dynamique

• NPC ont masse moléculaire estimée de 125 millions dalton et une forte symétrie ortogonale

Question 19

Modèle pour expliquer la barrière de diffusion libre

Answer 19

• diamètre extérieur NPC ≃ 150 nm
• diamètre intérieur NPC ≃ 45 nm.
• Les molécules inférieures ou égales à 5’000 daltons peuvent diffuser librement.
• Les protéines plus larges diffusent plus lentement .
• Les protéines de plus de 60’000 daltons peuvent à peine pénétrer la structure du NPC => besoin d’un transport spécialisé.

Question 20

Signal de localisation nucléaire (NLS)

Answer 20

• peut diriger les protéines vers le noyau
• EX:
  a) Localisation antigène T contenant son signal d’importation nucléaire normal (riche en Lysine)

b) Localisation antigène T contenant une mutation dans le signal d’importation nucléaire (présence Thr entre Lys)
- signal d’importation dans chaque noyau

A noter :

1/ Pour un complexe de protéines, il est suffisant qu’une seule sous-unité porte le NLS.

2/ Le transport par le NPC est très différent des transports à travers les membranes des autres organelles.

Question 21

Les récepteurs d’importation nucléaires, où se lient-ils?

Answer 21

=> Aux NLS et aux protéines NPC

• Les récepteurs d’importation nucléaire sont codés par une famille de gènes apparentés.
• Ils se lient à la fois aux NLS des protéines cibles et aux composantes du NPC possédant une séquence répétée de FG (phe-gly) qui promeut le transfert du cytosol au noyau.
• Des adaptateurs sont des fois utilisés pour faire un lien entre le « cargo » protéique et le récepteur d’importation. Curieusement, les adaptateurs et récepteurs sont apparentés.

Question 22

L’exportation nucléaire: comment?

Answer 22

=> s’effectue comme l’importation mais en sens inverse.

1/ L’exportation des protéines est dirigée par un signal d’exportation nucléaire (Nuclear Export Signal NES ; LxxxLxxLxL).

2/ Le NES des protéines à exporter est reconnu par des récepteurs d’exportation nucléaire.

3/ Les récepteurs d’exportation nucléaire sont structurellement proches des récepteurs d’importation nucléaire. Donc des récepteurs similaires peuvent travailler « dans des sens différents ».

( NRS = signal de rétention de protéines dans le noyau => empêche exportation)

Question 23

Comment est-ce que la GTPase Ran contrôle le transport directionel à travers le NPC ?

Answer 23

=> en utilisant de l’énergie

1/ Ran est une GTPase monomérique qui a deux conformations :
liée au GTP et liée au GDP.

2/ La protéine GAP active l’hydrolyse du GTP en GDP, et la GEF promeut l’échange de GDP en GTP.

3/ La localisation spécifique de la GAP dans le cytosol et la GEF dans le noyau contrôle la conformation de Ran dans le noyau (Ran-GTP) et le cytosol (Ran-GDP).

(p.39)

Question 24

Directionalité de l’importation et l’exportation par interaction sélective entre Ran-GTP et les récepteurs de transport nucléaire :

Answer 24

• Pour l’importation dans le noyau : Ran-GTP se lie au récepteur sans cargaison
• Pour l’exportation vers le cytoplasme : Ran-GTP se lie au récepteur chargé de sa cargaison

(voir p.40)

Question 25

En résumé du cours 3: (stockage, maitrise de l’info génétique)

Answer 25

• Le noyau a plusieurs corpuscules (compartiments sans membrane),dont le nucléole, les speckles et les corpuscules de Cajal.
• Le noyau est tapissé à l’intérieur par la lamina nucléaire qui soutient la membrane nucléaire, et sert de plateforme pour de nombreuses fonctions nucléaires.
• La lamina nucléaire est déstabilisée pendant la mitose.
• Le transport des molécules entre le noyau et le cytosol s’effectue en passant par des complexes très élaborés appelés complexes de pores nucléaires (NPC).
• Un signal de localisation nucléaire dirige les protéines vers le noyau.
• Des récepteurs d’importation et d’exportation contrôlés par la GTPase monomérique Ran sont responsables pour le transport directionnel entre le cytosol et noyau.