Génome, chromatine et nucléosome Flashcards
Dans la cellule, à quoi est associée l’ADN? Cela constitue quel pourcentage de la masse moléculaire d’un chromosome eucaryote?
Dans la cellule, l’ADN est associé à des protéines (constituent 50% de la masse moléculaire d’un chromosome eucaryote)
L’empaquetage de l’ADN en chromosome participe à plusieurs fonctions importantes. Quelles sont-elles?
1) Le chromosome donne une forme compacte à l’ADN.
2) Protège de certaines altérations.
3) Peut être transmis de façon efficace aux 2 cellules filles quand la cellule se divise.
4) Confère une organisation générale particulière à chaque molécule d’ADN : cette organisation gouverne l’expression des gènes et la recombinaison.
Dans les cellules eucaryotes, qu’est-ce que la chromatine?
C’est le complexe d’ADN associé à ses protéines est appelé chromatine.
Qui sommes-nous? Nous sommes les protéines de la chromatine. Nous sommes petites et basiques.
Les histones.
Y a-t-il d’autres protéines que les histones dans la chromatine?
Oui. Les protéines non-histones (réplication, transcription, etc…).
Quelle est la fonction principale des protéines de la chromatine?
Les protéines de la chromatine réalisent une autre fonction essentielle : la compaction de l’ADN.
Une cellule humaine continent combien de pb par jeu HAPLOÏDE?
Une cellule humaine contient 3 x 109 pb par jeu haploïde de chromosomes. Donc le double pour un jeu diploïde.
Quel est l’espace moyen entre chaque pb?
Espace moyen entre chaque pb est de 0,34 nm.
Si les molécules d’ADN d’un jeu haploïde étaient mises bout à bout, la taille totale de l’ADN serait de combien?
1m et pour un jeu diploïde = 2m.
Le diamètre du noyau d’une cellule humaine est gros comment?
10 à 15 μm.
La première compaction de l’ADN résulte de quoi?
La première compaction de l’ADN résulte de l’association des histones régulièrement disposées le long de l’ADN pour former des structures appelées nucléosomes.
Quel est l’effet sur la longueur de l’ADN de la formation de nucléosomes?
Vont réduire jusqu’à 10 000 fois la longueur linéaire de la molécule d’ADN, ce qui va limiter son accessibilité.
Que permet le remaniement local de certains nucléosomes? Par quoi c’est effectué?
Ça permet à des régions spécifiques de l’ADN d’interagir avec d’autres protéines, pour que ces dernières puissent exercer leurs fonctions.
Cela est effectué par des enzymes qui modifient et remodèlent les nucléosomes
Qu’est-ce qu’on a longtemps considéré concernant les chromosomes des cellules procaryotes est des cellules eucaryotes? Est-ce que cette théorie était exacte?
On a longtemps considéré que les cellules procaryotes possédaient un unique chromosome circulaire tandis que les cellules eucaryotes renfermaient plusieurs chromosomes linéaires.
Cette théorie n’était pas exacte puisque de nombreux exemples de cellules procaryotes contenant plusieurs chromosomes circulaires, ou plusieurs chromosomes linéaires, voire les deux (agrobacterium tumefaciens possède 3 chromosomes circulaires et 1 linéaire) existent.
De plus, une telle diversité est absente chez les cellules eucaryotes (possèdent plusieurs chromosomes linéaires).
Selon l’organisme eucaryote, le nombre de chromosomes varie entre quels nombres?
Selon l’organisme eucaryote, le nb de chromosomes varie entre 2 et 50 et peut exceptionnellement atteindre plusieurs milliers (ex : macronoyau du protozoaire Tetrahymena qui possède 225 chromosomes et de 10 à 10 000 répétitions par chromosome)
Quelles sont les différentes contraintes pour un chromosome circulaire et pour un chromosome linéaire?
Les chromosomes circulaires nécessitent l’action de topoisomérases pour séparer les 2 molécules filles après la réplication.
Par ailleurs, les chromosomes linéaires exigent d’être protégés de la dégradation enzymatique sur les extrémités de leur ADN.
Les cellules procarytotes ont généralement combien de copies de leurs chromosomes?
Les cellules procaryotes n’ont généralement qu’une seule copie complète de leur(s) chromosome(s), empaqueté dans le nucleoïde.
De quoi est constitué le nucléoïde?
De 60% d’ADN est et de 40% d’ARN/protéines.
Procaryotes sont souvent porteurs d’un ou plusieurs petits ADN circulaires indépendants présents en plusieurs copies par cellule. Quelles sont ces structures?
Ce sont les plasmides.
Quelles sont les caractéristiques des plasmides?
Ce sont des petits ADN circulaires
Généralement pas essentiel à la bactérie
Porteurs de gènes conférant des caractéristiques utiles : résistance aux antibiotiques
La majorité des cellules eucaryotes sont-elles diploïdes ou haploïdes?
La majorité des cellules eucaryotes sont diploïdes : 2 copies de chaque chromosomes, par opposition aux cellules haploïdes : 1 copie de chaque chromosome (spermatozoïdes, ovules).
Les deux copies d’un même chromosomes sont appelées comment?
Les 2 copies d’un chromosome donné sont dites homologues et dérivent de chacun des 2 parents.
Qu’est-ce que des cellules polyploïdes? Quelles sont leurs caractéristiques?
Les cellules polyploïdes possèdent plus de 2 copies de chaque chromosome. Dans les cas extrêmes, on peut retrouver des centaines voire des milliers de copies pour chaque chromosome. La plupart des cellules polyploïdes ne se divisent plus.
Que sont les mégacaryocytes? De quoi sont-elles responsables? En étant polyploïdes, qu’est-ce que cela leur permet?
Ce sont des cellules polyploïdes spécialisées (≈28 copies de chaque chromosome)
Ces cellules géantes (d’environ 50 à 100 μm de diamètre) de la moelle hématopoïétique sont responsable de la production des plaquettes sanguines (ou thrombocytes), dépourvues de chromosomes, lorsque son cytoplasme se fragmente en milliers de plaquettes sanguines (thrombopoïèse, en 4 à 5 jours).
Les plaquettes sont une composante essentielle du sang (200 000 plaquettes / ml sang).
En devenant polyploïdes, les mégacaryocytes peuvent maintenir un très haut niveau d’activité métabolique nécessaire à la production massive des plaquettes.
Vrai ou faux? Indépendamment de leur nombre, les chromosomes eucaryotes sont toujours contenus dans un organite délimité par une membrane.
Vrai. C’est le noyau.
Comment expliquer la corrélation entre la taille du génome et la complexité de l’organisme?
Bien qu’il existe une corrélation entre la taille du génome et la complexité de l’organisme, elle est loin d’être parfaite.
La drosophile : génome 25 fois plus petit que celui de la sauterelle.
Le génome du riz : 40 fois plus petit que celui du blé.
Ainsi, le nombre de gènes, plutôt que la taille du génome, est relié à la complexité d’un organisme. Encore plus évident lorsque l’on observe la densité génique.
Comment caractériser le génome de E.Coli?
La grande majorité du chromosome unique de E. coli code des protéines ou des ARN non-codants essentiels (ARN ribosomaux ou de transfert).
Majorité des séquences non-codantes est dédiée à la régulation de la transcription des gènes.
Souvent un seul site d’initiation de la transcription est utilisé pour contrôler l’expression de plusieurs gènes à la fois (qui se nomme opéron).
L’origine de réplication d’E. coli est dédiée à l’assemblage de la machinerie de réplication : cette région demeure néanmoins de petite taille (quelques centaines de pb / 4,6 Mb du génome).
Quelle est la relation entre la densité génique et la complexité de l’organisme?
Les organismes plus complexes ont une densité génique plus faible.
Il y a une relation inverse entre cette densité et la complexité de l’organisme : plus la densité est grande, moins l’organisme est complexe.
Qu’est-ce que la densité génique?
C’est la moyenne du nombre de gènes par mégabase d’ADN génomique.
Quelle est la différence entre la densité génique des eucaryotes et des procaryotes?
La densité génique chez les eucaryotes est beaucoup plus faible mais aussi plus variable que chez les procaryotes.
Levure Saccharomyces cerevisiae : eucaryote unicellulaire simple avec densité génique près de celle des procaryotes : 500 gènes/Mb.
En comparaison, la densité génique pour l’homme est 100 fois plus faible (environ 6,25 gènes/Mb).
Deux facteurs peuvent expliquer la faible densité génique chez les organismes eucaryotes. Quels sont-ils?
1) l’augmentation de la taille des gènes (à cause de la présence d’introns)
2) l’augmentation des séquences d’ADN présentes entre chacun d’entre eux : les régions intergéniques.
Que sont des introns?
Chez les eucaryotes, les gènes codant les protéines ont souvent des régions codantes discontinues à cause de la présence d’introns. Ce sont des régions présentes à l’intérieur des gènes mais qui ne codent pas pour des protéines. Les gènes sont donc fragmentés par les introns.
Comment les introns sont-ils éliminés?
Ils sont éliminés de l’ARN après la transcription par épissage de l’ARN (fusion des exons).
Quelle sont les effets des introns sur la taille moyenne d’un gène humain?
En raison des introns, la taille moyenne d’un gène humain = 27 kb (région codante = 1.3 kb)
Seuls 5% de la région du gène sont réellement codants, les 95% restant étant des introns.
Les organismes eucaryotes simples ont-ils beaucoup d’introns?
Non, puisqu’il y en a moins, cela augmente la densité génique.
Autre que les introns, qu’est-ce que les organismes complexes portent?
Chez les organismes les plus complexes, ce sont les séquences intergéniques qui sont responsables de la diminution de la densité génique plus que le nombre ou la taille des introns.
Que sont des séquences intergéniques? Ça correspond à quel pourcentage de tout le génome?
Régions qui ne codent ni des gènes ni des ARN non-codants. Elles correspondent à 60% de tout le génome humain.
Quels sont les deux types de séquences intergéniques?
Les séquences répétées et les séquences uniques (séquences régulatrices).
L’augmentation de la proportion des séquences intergéniques dans le génome s’explique par quoi?
L’augmentation de la proportion des séquences intergéniques dans le génome s’explique par la nécessité pour l’organisme de posséder des régions dédiées au contrôle de la transcription : plus les organismes sont complexes et possèdent un grand nombre de gènes, plus le besoin de réguler l’expression de ces gènes est important (séquences régulatrices).
Que sont les régions intergéniques uniques?
Reliques de gènes non fonctionnels (anciens gènes mutés, fragments de gènes ou pseudogènes).
Comment expliquer le mécanisme d’origine des pseudogènes?
Mécanisme d’origine des pseudogènes est plus complexe, car il fait intervenir une enzyme virale (exprimée uniquement chez les rétrovirus) appelée transcriptase inverse.
Copie l’ARN en ADN double brin (ADN complémentaire ou ADNc)
Lors de l’infection par un virus qui exprime cette enzyme, la transcriptase inverse peut copier des ARNm cellulaires en ADNc qui vont alors pouvoir s’intégrer au génome de l’hôte.
Ces copies ne seront pas exprimées puisqu’elles sont dépourvues de séquences régulatrices initiatrices de la transcription, les polymérases n’ont pas la séquence nécessaire pour commencer la transcription.
Les pseudogènes ne seront pas exprimées puisqu’ils sont dépourvus de séquences régulatrices initiatrices de la transcription. Par contre, s’ils s’insèrent dans un gène qu’est-ce qu’il peut arriver?
Si le pseudogène s’insère dans un gène fonctionnel, il y aura formation d’une protéine hybride, donc la mort cellulaire.
Environ la moitié du génome humain est composé de séquences d’ADN qui se répètent de nombreuses fois. Elles se divisent en 2 classes. Quelles sont-elles?
L’ADN microsatellite et les séquences d’ADN répétées dispersées.
Quelles sont les caractéristiques de l’ADN minisatellite?
Ce sont des séquences de taille intermédiaire (10-60 pb) répétées en tandem (généralement riche en GC). Leur taux mutation est élevé (donc très instable).
Quelles sont les caractéristiques de l’ADN microsatellite?
Composé de séquences de très petite taille (<13 pb) répétées en tandem. La plus commune : répétition de dinucléotides (i.d. CACACACACACACACA)
Proviennent de difficultés rencontrées par la polymérase lors de la duplication de l’ADN.
Représentent presque 3-5% du génome humain.
Quelles sont les caractéristiques des séquences d’ADN répétées dispersées?
Elles sont plus grandes que les microsatellites (une unité fait au moins 100 pb et la plupart plus de 1 kb).
En simples copies dispersées sur l’ensemble du génome ou regroupées en plusieurs copies légèrement espacées.
Proviennent toutes d’éléments transposables.
Constitue environ 45% du génome humain.
Que sont des éléments transposables? Qu’est-ce qu’il font?
Séquences qui peuvent sauter d’un emplacement à un autre au sein du génome : transposition.
Elles laissent la copie originale à son site initial.
Ces séquences se multiplient et s’accumulent partout dans le génome
La transposition est-elle présente chez l’humain?
La transposition est relativement rare dans les cellules humaines. Toutefois, sur les longues périodes de l’évolution, ils se sont suffisamment propagés pour constituer 45% du génome humain.
Comment caractériser l’utilité des éléments transposables dans la cellule?
Pour la plupart, ils sont inutiles à la cellule vivante, même parfois défavorables.
Souvent vus comme parasites génétiques, dont l’activité ne sert qu’à assurer leur propre persistance au cours des générations.
Expériences penchent en faveur d’un rôle prédominant dans l’évolution des espèces: par
1) la création de nouveaux gènes,
2) source d’amortissement des mutations dues à l’environnement
Vrai ou faux? Les différentes caractéristiques des séquences intergéniques sont exclusives du génome humain.
Faux. Elles ne le sont pas. En effet, elles se retrouvent dans bien d’autres organismes (végétaux, bactéries, etc…)
Les séquences intergéniques sont-elles utiles?
On a longtemps pensé que ces séquences répétées de l’ADN étaient inutiles.
Toutefois, leur conservation au sein du génome sur des centaines de milliers de générations suggère que l’ADN intergénique confère un avantage sélectif à l’organisme qui le contient.
Plusieurs éléments importants dans l’ADN des chromosomes eucaryotes qui ne sont ni des gènes, ni des séquences régulatrices sont nécessaires à la transmission fidèle des chromosomes eucaryotes durant la division cellulaire. Quelles sont-ils?
L’origine de réplication, les centromères et les télomères.
Quelles sont les caractéristiques de l’origine de réplication?
Sites où la machinerie de réplication de l’ADN va s’assembler pour débuter la réplication.
- Chez eucaryotes : 1 site à tous les 30 ou 40 kb (généralement dans des régions non-codantes).
- Chez procaryotes : 1 seul site unique, car les procaryotes sont plus petits
Quelles sont les caractéristiques des centromères?
Nécessaires à la ségrégation correcte des chromosomes après la réplication de l’ADN : génère 2 copies du chromosome appelées chromatides sœurs.
Vont se séparer l’une de l’autre au cours de la division cellulaire pour intégrer une cellule fille.
Guident la formation d’un complexe protéique très élaboré : le kinétochore.
Avec quoi interagit le kinétochore?
Il interagit non seulement avec l’ADN du centromère mais aussi avec des filaments de protéines, les microtubules.
Que permettent les microtubules?
Ils vont mécaniquement permettre la séparation des 2 copies des chromosomes
Ils vont permettre leur répartition dans les cellules filles
Quelles sont les régions du kinétochore? Avec quoi interagissent-elles?
Chaque kinétochore porte 2 régions :
- Région interne : étroitement associé à ADN
- Région externe : interagit avec microtubules
Chaque centromère porte un kinétochore qui peut interagir avec combien de microtubules?
20 à 40.
Le plus simple des kinétochores a combien de protéines différentes?
Plus de 45.
Quelles sont les caractéristiques des protéines qui composent le kinétochore?
Certaines protéines attachent le kinétochore aux microtubules du fuseau mitotique
Certaines (dynéine, kinésine) sont des protéines « motrices », car elles génèrent la force pour déplacer le chromosome (mitose)
D’autres (MAD2) contrôlent l’attachement des microtubules et assurent la tension entre les kinétochores « sœurs » (activent point « contrôle tubulaire » (spindle checkpoint): empêche anaphase tant que tous chromosomes ne sont pas attachés aux microtubules)
Que se passe-t-il si le centromère est absent?
En absence de centromère, les chromosomes répliqués se répartissent de manière aléatoire.
Qu’est-ce qui arrive s’il y a présence de plusieurs centromères?
Présence de plusieurs centromères est tout aussi problématique que l’absence de celui-ci. Si les kinétochores du même chromosome sont attachés à des filaments se dirigeant dans des directions opposées, cela entraînera la cassure du chromosome et donc la mort de la cellule.
Comment caractériser la taille des centromères chez les eucaryotes?
La taille des centromères varie :
Plus petite chez les eucaryotes simples (S. cerevisiae = 200 pb)
Plus grande chez les eucaryotes complexes (peuvent dépasser 40 kb et sont composés de plus de séquences répétées).
Où sont situés les télomères?
Situés aux 2 extrémités d’un chromosome linéaire.
