Ch 10: organisation et structure des chromosomes Flashcards Preview

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Flashcards in Ch 10: organisation et structure des chromosomes Deck (42):
1

Chromosomes

L’ADN condensé avec des protéines (ensemble d’ADN et de protéines)

2

Génome

-L’ensemble du matériel génétique des tous les chromosomes d’un organisme

-Bactéries : un chromosome circulaire

-Eucaryotes : l’ensemble des chromosomes nucléaires

Note:
--Eucaryotes ont un génome mitochondriale
--Plantes ont un génome de chloroplastes

3

Fonction principale du génome

-Fournir l’info requise pour former un organisme entier

-Accompli via la séquence de bases

4

Les séquences d’ADN sont requises pour

1. Synthèse de l’ARN et des protéines
2. Réplication des chromosomes
3. Ségrégation correcte des chromosomes
4. condensation/compactage des chromosomes

5

Viruses

-Particules infectieuses composées d’une capside protéique qui entoure des a. nucléiques

-Dépendent de l’hôtes pour la réplication

6

Génome viral

-ADN ou ARN

-Monocaténaire ou bicaténaire

-Circulaire ou linéaire

-Taille varie de quelques millier de bases à des centaines de millier
fig 10.1****

7

Organisation des chromosomes bactériens

-Chez les bactéries, l’ADN chromosomal est circulaire contenant quelques millions de nucléotides.
-E. coli : 4.6 million de bases
-Haemophilus influenza 1.8 million de paires de bases

-Un chromosome bactérien typique contient quelques milliers de gènes différents
-Les gènes codant pour les prots
-L’ADN non transcrite entre les gènes adjacents est appelée région intergénique

fig 10.2
-Les séquences répétitives: on ne sait pas pourquoi ils sont là

8

Structure des chromosomes bactériens

-Sont trouvés dans une région de la cellules appellée nucleoide:
-Non entouré d’une membrane
-L’ADN est en contact direct avec le cytoplasme
fig 10.3

9

L’ADN doit se faire condenser 1000X pour entrer dans la bactérie ce qui implique:

1) Formation de DOMAINES de BOUCLES

2) Le super-enroulement – 2ième mécanisme de condensation

10

Formation de DOMAINES de BOUCLES

-# de boucles varie selon l’espèce et la taille du chromosome
-E. coli a 50-100 boucles avec 40 000 à 80 000 pb d’ADN dans chaque boucle
fig 10.4

11

Le super-enroulement – 2ième mécanisme de condensation

Figure 10.5 – montre une illustration de la condensation de l’ADN
fig 10.6

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Les fonctions du chromosomes sont influencées par le super-enroulement

-L’ADN bact. a un super-enroulement négatif
-Chez E. coli, on trouve 1 super-enroulement –par 40 tours de l’hélice

-Le super-enroulement négatif a deux effets principaux
1. aide à la condensation du chromosome
Figure 10.5
2. Crée une tension qui peut être relâchée par la séparation des brins d’ADN
Figure 10.7

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2 enzymes contrôlent le super-enroulement

1. ADN gyrase (ADN topoisomérase II)
-introduit le super-enroulement négatif en utilisant de l’ATP
-Contient 4 unités; 2 A et 2 B
-Referez-vous à la figure 10.8
-Peut aussi relaxer le super-enroulement positif quand cela arrive
-Elle peut aussi démêler les molec d’ADN enchevêtrées

2. ADN topoisomérase I
-relaxe le super-enroulement négatif

-L’action opposée de ces 2 enzymes détermine le super-enroulement globale du chromosome bactérien
fig 10.8

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Importance de la gyrase

-L’activité de la gyrase est essentielle à la survie d’une bactérie
-Cible idéale pour antibiotiques

-2 classes de médicaments qui ciblent les topoisomérases
-Quinolones
-coumarins

-Ces 2 classes n’ont aucun effet sur les topo. des eucaryotes

-Ex: d’une quinolone = ciprofloxacine (<>)
-Utilisé pour traiter l’anthrax et autres

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chromosomes eucaryotes

-Un ou plusieurs ensembles de chromosomes linéaires

-Quantité d’ADN plus élevée que chez les bactéries

-Chromosomes se trouvent dans le noyau
-Doivent être très compactes
--Par liaisons avec prots
--Complexe ADN-protéine =
chromatine

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Organisation des chr. eucaryotes

-Longue séquence linéaire
Figure 10.9

-3 types de séquences importantes pour la réplication et ségrégation

-Origine de réplication
-Centromères
-Télomères
--Le télomère se raccoucie de plus en plus au cours de la vie

-Les gènes sont entre le centromère et le télomère
-Quelques centaines à des milliers de gènes par chr.

Translocation = changement de parties de chromosomes

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Eucaryotes inférieurs (ex. Levure)

-Gènes relativement petits
-Contiennent surtout des séquences codantes
-Très peu d’introns

18

Eucaryotes supérieurs (ex. Mammifères)

-Gènes plus longs
-Ont tendance à avoir plusieurs introns

19

Séquences répétitives

-La complexité de la séquence se réfère au nombre de fois que cette séquence de bases apparait dans le génome

-3 types de séq. Répétitives
-séquence unique/non répétitive
-Moyennement répétitive
-hautement répétitive
fig 10.10

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séquences répétitives - Unique ou non-répétitive

-Une ou quelques fois dans le génome
-Inclus gènes structuraux (codants) et les région intergéniques
-41% du génome humain

21

séquences répétitives - Moyennement répétitives

-Quelques 100 à 1000x
-Inclus les gènes pour:
-ARNr et histones
-Origines de réplication
-Éléments transposables

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séquences répétitives - Hautement répétitives

-Dizaine de 1000 à quelques 1x106 fois

-Séquences courtes (qq pb à qq centaines de pb)

-Peuvent être réparties dans tout le génome
-Ex: Famille Alu chez l’humain (CH 19)
Tous les 5000 à 6000 pb

-Peuvent être groupées en tandem
-Ex: AATAT et AATATAT – drosophile
-Souvent dans les régions centromériques

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Condensation des chromosomes eucaryotes

-Chr = 1m de long
-Noyau = 2 à 4 µm de diamètre

-Condensation des chromosomes

-Le compactage de l’ADN linéaire chez les euc implique des interaction entre l’ADN dif prots; formation de la chromatine
-Niveau de condensation change au cour du cycle cellulaire

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Nucléosomes

-Unité répétitive de la chromatine = nucléosome

-Composés d’ADN bicarténaire autour d’un octamère d’histones
-Octamère = une paire de 4 dif histones
-2 x H2A, 2 x H2B, 2 x H3, 2
x H4
-146 ou 147 pb d’ADN fait 1,65 tours autour de l’octamère
-L’ADN et en superhélice négative
-Chaque nucléosome a un diamètre de 11nm
-Structure globale des nucléosomes liés = collier de perles ou “beads on a string”
-Cette structure raccourci l’ADN de 7X

fig 10.11/12/13

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Histones

-Chaque histone ont une partie globulaire et un queue

-Région de liaison:
-accessibilité

-Les histones sont de nature basique, elles contiennent plusieurs acides aminés chargés positivements on va trouver bcp de Lys et d’Arg il (arg) joue particulièrement une rôle dans la liaison d’ADN

-. Les histones ont une région globulaire et un queue flexible riche en AA chargés

-H1 est moins bien lié à l’ADN par rapport aux autres histones et on pense qu’elle aide à la compaction des nucléosomes adjacents

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Expérience 10A: révélation de la structure du nucléosome

-Le modèle de la structure du nucléosome a été proposé en 1974 par Roger Kornberg

-Il a basé son modèle sur différentes observations de la chromatine :
-Expériences biochimiques
-Etudes de diffraction des rayons X
-Images de microscopie éléctronique

-Markus Noll décida de tester le modèle de Kornberg

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Expérience 10A: révélation de la structure du nucléosome - markus noll, procédure

Il procéda comme suite:
-Digéra l’ADN avec une DNAse I

-Mesura la masse molec de l’ADN obtenu en utilisant un gel électrophorèse

-Le rationnel pour cette expérience est que : l’ADN de liaison ``linker`` est plus accessible à l’enzyme que l’ADN lié au core des histones
-De ce fait les coupures devraient avoir lieu au niveau de l’ADN lieuse (linker)

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Expérience 10A: révélation de la structure du nucléosome - hypothèse

-L’expérience a consisté à tester le modèle de la structure en collier de perles de la chromatine.
-Si ce modèle est correct, la Dnase va couper préférentiellement dans la région de liaison (linker) de l’ADN
--Produisant ainsi des morceaux d’ADN d’environ 200pb.

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Expérience 10A: révélation de la structure du nucléosome - expérience

1) Faire une culture ou cultive d’une organisme (isole)

2) lyse des cellules,

3) Ultracentrifugation pour isoler le noyau

4) ADN ase à diff concentrations

5) Détergent pour dissoudre la memb nucléaire (il voulait seulement la nucléosome pas tout l’ADN; l’ADN risque de changer de forme si c’est isloler du noyau d’avantage)

6) Séparation de phases

7) Électrophorèse sur gel pour séparer l’ADN pour par taille

8) On met le gel dans le bromide d’éthidium pour pour faire visualiser l’ADN

9) Met la lumière pour démontré la fluorescence de bromide d’éthidium
fig 10.14

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Expérience 10A: révélation de la structure du nucléosome - résultats

Smear – tout un tas
Il a raison, le forme de base de l’ADN est sous forme de nucléosome
fig 10.15

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Les nucléosomes se rejoignent pour former des fibres de 30

-Les nucléosomes se rejoignent ensemble pour former une structure plus compacte nommée fibre de 30 nm

-L’Histone H1 joue un rôle dans cette condensation.
-À une concentration modérée de sel, H1 est enlevé (ne reste pas lié)
-Le résultat est la
morphologie classique en
collier de perle
-À une concentration faible de sel, H1 rest liée
-Les perles s’associent
ensemble pour une struct
plus compacte
fig 10.16

Confirmation de l’hypothèse que H1 participe à la formation du fibre

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La fibre de 30nm

-La fibre de 30 nm raccourcie la longueur totale de l’ADN 7 X

-Sa structure est très difficile à déterminer
-La conformation de l’ADN peut être altérée quand elle est extraite de la cellule
-Deux modèles ont été proposés
1) Le modèle solénoïde
2) Le model tridimensionnel en zigzag
fig 10.17

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Plus de compactage de l’ADN

-Les deux évènements étudiés jusqu’à présent compactent l’ADN environ 50X

-Un troisième niveau de condensation implique l’interaction entre les fibres de 30 nm et la matrice nucléaire

-Cette dernière est composée de 2 parties :
-La lamina (lamelle) nucléaire: fibres qui tapissent l’intérieur de la memb nucléaire
-La matrice interne protéique: connectée à la lamina nucléaire et rempli l’intérieur du noyau et dont la struct et le rôle restent controversés

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Troisième type de condensation chez eucaryotes

Chez bact c’est le premier

-durant l’interphase la chromatine est organisé en loupes et normalement les loupes sont de 25 000 à 200 000 pb qui sont attachés à la matrice nucléaire

-L’ADN chromosomique des euc contient des séquences appelés MARs ou SARs qui sont dispersés à intervalles réguliers à travers le génome; les MARs ou SARs se lient à des prots spécifiques dans la matrice formant ainsi des loupes chromosomiques

séquences liés à des protéines
-Dans les régions MARs on retrouve des séquences riches en A et T
fig 10.18/19

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Plus de compactage, suite

-L’attachement des loupes radiales à la matrice nucléaire est important de 2 façons :
1. joue un rôle dans le compactage
2. sert à organiser les chromosomes dans le noyau
Chaque chromosome dans le noyau est localisé dans son territoire chromosomique
fig 10.20

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Hétérochromatine vs euchromatine

Le niveau de condensation des chromosomes pendant l’interphase n’est pas uniforme
fig 10.21

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Euchromatine

-Régions moins condensées
-Transcription active
-Régions où les fibres 30nm forment des domaines de boucles radicales

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Hétérochromatine

-Très dense, compacte
-Transcription inactive
-Compactage supplémentaire des boucles radiales

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2 types d’hétérochromatine

-Constitutive (toujours exprimé)
-inactive de façon permanente
- en générale contiennent des séquences hautement répétitives

-Hétérochromatine facultative
-peuvent s’interchanger
entre hétérochromatine ou
euchromatine (ex: le corps
de BARR; le chromosome X
inactive, condensé la cellule
est femelle)

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CHROMOSOMES DURANT LA DIVISION CELLULAIRE

-Quand les cellules entrent dans la phase M, le niveau de compactage change de façon importante
-À la fin de la prophase, les chromatides sœurs sont entièrement hétérochromatiques
-2 chromatides parallèle ont un diamètre de 1,400 nm et sont plus courte que pendant l’interphase

-Ces chromosomes métaphasiques hautement condensés subissent peu de transcription
fig 10.22

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Chromosomes métaphasiques

-Domaines de boucles sont très compactes et liés à une armature (scaffold)
-L’armature est formée à partir de la matrice nucléaire

-Histones sont requises pour le compactage des boucles
fig 10.23

42

Deux complexes protéiques aident à organiser les chr. métaphasiques

-Condensine
-Rôle dans condensation

-Cohésine
-Rôle dans l’alignement des chr soeurs

-Les deux contiennent des protéines SMC
-Structural maintenance of chromosomes
-Protéines SMC utilisent l’ATP et catalysent les chgmnts de struct chromosomique
fig 10.24/25