Génome, chromatine et nucléosome Flashcards
(160 cards)
1
Q
Dans la cellule, à quoi est associée l’ADN? Cela constitue quel pourcentage de la masse moléculaire d’un chromosome eucaryote?
A
Dans la cellule, l’ADN est associé à des protéines (constituent 50% de la masse moléculaire d’un chromosome eucaryote)
2
Q
L’empaquetage de l’ADN en chromosome participe à plusieurs fonctions importantes. Quelles sont-elles?
A
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.
3
Q
Dans les cellules eucaryotes, qu’est-ce que la chromatine?
A
C’est le complexe d’ADN associé à ses protéines est appelé chromatine.
4
Q
Qui sommes-nous? Nous sommes les protéines de la chromatine. Nous sommes petites et basiques.
A
Les histones.
5
Q
Y a-t-il d’autres protéines que les histones dans la chromatine?
A
Oui. Les protéines non-histones (réplication, transcription, etc…).
6
Q
Quelle est la fonction principale des protéines de la chromatine?
A
Les protéines de la chromatine réalisent une autre fonction essentielle : la compaction de l’ADN.
7
Q
Une cellule humaine continent combien de pb par jeu HAPLOÏDE?
A
Une cellule humaine contient 3 x 109 pb par jeu haploïde de chromosomes. Donc le double pour un jeu diploïde.
8
Q
Quel est l’espace moyen entre chaque pb?
A
Espace moyen entre chaque pb est de 0,34 nm.
9
Q
Si les molécules d’ADN d’un jeu haploïde étaient mises bout à bout, la taille totale de l’ADN serait de combien?
A
1m et pour un jeu diploïde = 2m.
10
Q
Le diamètre du noyau d’une cellule humaine est gros comment?
A
10 à 15 μm.
11
Q
La première compaction de l’ADN résulte de quoi?
A
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.
12
Q
Quel est l’effet sur la longueur de l’ADN de la formation de nucléosomes?
A
Vont réduire jusqu’à 10 000 fois la longueur linéaire de la molécule d’ADN, ce qui va limiter son accessibilité.
13
Q
Que permet le remaniement local de certains nucléosomes? Par quoi c’est effectué?
A
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
14
Q
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?
A
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).
15
Q
Selon l’organisme eucaryote, le nombre de chromosomes varie entre quels nombres?
A
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)
16
Q
Quelles sont les différentes contraintes pour un chromosome circulaire et pour un chromosome linéaire?
A
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.
17
Q
Les cellules procarytotes ont généralement combien de copies de leurs chromosomes?
A
Les cellules procaryotes n’ont généralement qu’une seule copie complète de leur(s) chromosome(s), empaqueté dans le nucleoïde.
18
Q
De quoi est constitué le nucléoïde?
A
De 60% d’ADN est et de 40% d’ARN/protéines.
19
Q
Procaryotes sont souvent porteurs d’un ou plusieurs petits ADN circulaires indépendants présents en plusieurs copies par cellule. Quelles sont ces structures?
A
Ce sont les plasmides.
20
Q
Quelles sont les caractéristiques des plasmides?
A
Ce sont des petits ADN circulaires
Généralement pas essentiel à la bactérie
Porteurs de gènes conférant des caractéristiques utiles : résistance aux antibiotiques
21
Q
La majorité des cellules eucaryotes sont-elles diploïdes ou haploïdes?
A
La majorité des cellules eucaryotes sont diploïdes : 2 copies de chaque chromosomes, par opposition aux cellules haploïdes : 1 copie de chaque chromosome (spermatozoïdes, ovules).
22
Q
Les deux copies d’un même chromosomes sont appelées comment?
A
Les 2 copies d’un chromosome donné sont dites homologues et dérivent de chacun des 2 parents.
23
Q
Qu’est-ce que des cellules polyploïdes? Quelles sont leurs caractéristiques?
A
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.
24
Q
Que sont les mégacaryocytes? De quoi sont-elles responsables? En étant polyploïdes, qu’est-ce que cela leur permet?
A
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.
25
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.
26
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.
27
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).
28
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.
29
Qu’est-ce que la densité génique?
C’est la moyenne du nombre de gènes par mégabase d’ADN génomique.
30
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).
31
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.
32
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.
33
Comment les introns sont-ils éliminés?
Ils sont éliminés de l’ARN après la transcription par épissage de l’ARN (fusion des exons).
34
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.
35
Les organismes eucaryotes simples ont-ils beaucoup d’introns?
Non, puisqu’il y en a moins, cela augmente la densité génique.
36
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.
37
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.
38
Quels sont les deux types de séquences intergéniques?
Les séquences répétées et les séquences uniques (séquences régulatrices).
39
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).
40
Que sont les régions intergéniques uniques?
Reliques de gènes non fonctionnels (anciens gènes mutés, fragments de gènes ou pseudogènes).
41
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.
42
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.
43
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.
44
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).
45
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.
46
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.
47
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
48
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.
49
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
50
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…)
51
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.
52
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.
53
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
54
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.
55
Avec quoi interagit le kinétochore?
Il interagit non seulement avec l’ADN du centromère mais aussi avec des filaments de protéines, les microtubules.
56
Que permettent les microtubules?
Ils vont mécaniquement permettre la séparation des 2 copies des chromosomes
Ils vont permettre leur répartition dans les cellules filles
57
Quelles sont les régions du kinétochore? Avec quoi interagissent-elles?
Chaque kinétochore porte 2 régions :
1. Région interne : étroitement associé à ADN
2. Région externe : interagit avec microtubules
58
Chaque centromère porte un kinétochore qui peut interagir avec combien de microtubules?
20 à 40.
59
Le plus simple des kinétochores a combien de protéines différentes?
Plus de 45.
60
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)
61
Que se passe-t-il si le centromère est absent?
En absence de centromère, les chromosomes répliqués se répartissent de manière aléatoire.
62
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.
63
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).
64
Où sont situés les télomères?
Situés aux 2 extrémités d’un chromosome linéaire.
65
Que sont les télomères? À quoi servent-ils?
Sites de recrutement pour un grand nombre de protéines qui vont assurer 2 fonctions importantes :
1) Les protéines vont reconnaître l’extrémité naturelle du chromosome et la distinguer des sites potentiels de cassure de l’ADN.
2) Les télomères sont des origines de réplication spécialisées pour permettre à la cellule de répliquer les extrémités de ces chromosomes.
66
Comment les télomères peuvent permettre la réplication des extrémités de l’ADN?
Les télomères vont donc permettre la réplication des extrémités en recrutant une ADN polymérase particulière, la télomérase.
À la différence de l’ensemble du chromosome, une portion du télomère est simple brin. C’est une simple séquence répétée riche en TG qui varie d’un organisme à un autre.
Chez l’homme la séquence répétée est : 5’-TTAGGG-3’
67
Vrai ou faux? Duplication et ségrégation des chromosomes se fait en 2 phases temporelles bien distinctes au cours de la division cellulaire.
Vrai.
68
Pendant la division cellulaire, chromosomes sont dupliqués puis ségrègent entre les 2 cellules filles. Comment cela se passe chez les bactéries?
Chez les bactéries, les 2 évènements se produisent simultanément.
69
Qu’est-ce que le cycle cellulaire?
Ensemble des événements nécessaires à un cycle de division cellulaire.
70
Qu’est-ce que la division cellulaire mitotique permet chez les eucaryotes?
Chez eucaryotes, elle permet de maintenir le même nombre de chromosomes dans les cellules filles que dans la cellule mère.
71
Quelles sont les phases du cycle cellulaire mitotique d’une cellule eucaryote?
Se divise en 4 phases : G1 (transition 1), S (synthèse), G2 (transition 2) et M (mitose)
72
La réplication des chromosomes se déroule durant quelle phase?
Durant la phase S.
73
Qu’est-ce qu’une chromatide?
C’est un chromosome dupliqué.
74
Qu’est-ce que des chromatides sœurs?
Se sont les deux chromatides d’une même paire.
75
Comment les chromatides sœurs sont associées entre-elles?
Elles sont associées entre elles (processus de cohésion) par l’action d’une molécule appelée cohésine.
76
Quel est le rôle de la cohésine?
Maintient les chromosomes attachés jusqu’à leur ségrégation qui se produit lors de la mitose.
77
Qu’est-ce que le fuseau mitotique?
Ce sont de longues fibres protéiques appelées microtubules elles-mêmes attachées à un des 2 centres organiseurs de microtubules.
78
Chaque paire de chromatides sœurs est liée à quoi?
Au fuseau mitotique.
79
Quels sont les 2 centres organisateurs des microtubules chez les cellules animales et chez les levures et champignons?
- Centrosomes dans les cellules animales
| - Corps organisateurs du fuseau mitotique chez levures et champignons
80
Où sont situés les centres organisateurs des microtubules (centrosomes)?
Ils sont situés aux extrémités opposées de la cellule formant des « pôles » vers lesquels les microtubules entrainent les chromatides.
81
Quels sont les 3 événements majeurs de la mitose?
1) L’assemblage du kinétochore au niveau de chaque centromère permet l’attachement des chromatides aux microtubules.
2) La cohésion existant entre les chromatides, qui résiste à la force d’attraction du fuseau mitotique, va disparaître à la suite de la protéolyse de la cohésine.
3) En l’absence de la force de cohésion, les chromatides sœurs sont rapidement déplacées vers les pôles opposés du fuseau mitotique.
82
La structure des chromosomes est modifiée à plusieurs reprises durant le cycle cellulaire. Combien d’état principaux celle-ci possède?
2.
83
Qu’est-ce que le processus de condensation du chromosome?
C’est lorsqu’il est dans sa forme la plus compacte lors de la ségrégation. Dans cet état condensé, les chromosomes sont entièrement démêlés les uns des autres ce qui facilite leur ségrégation.
84
Quand est-ce que les chromosomes sont moins compactes?
Durant les autres phases du cycle (regroupées sous le terme interphase), les chromosomes sont moins compacts (plat de spaghettis).
85
Expliquez quand le chromosome voit sa strucutre constamment modifiée?
La réplication de l’ADN nécessite le désassemblage puis le réassemblage de toutes les protéines associées à chaque chromosome.
La transcription génique requiert également des modifications de structures associées à la région contenant les gènes régulés durant le cycle cellulaire.
Ainsi, le chromosome voit sa structure constamment modifiée.
86
La cohésion des chromatides sœurs et la condensation des chromosomes impliquent quel type de protéine?
Les SMC.
87
Que sont les protéines SMC? Quelles sont leurs caractéristiques?
Protéines très allongées, associées par paires : forment des complexes multiprotéique avec des protéines non-SMC. Elles enlacent ensemble les 2 hélices de l’ADN (chromatides sœurs) après la réplication.
88
Qu’est-ce que la cohésine? De quoi est-elle formée?
Elle forme un grand anneau composé de 2 protéines SMC (SMC-1 et SMC-3) et de 2 protéines non-SMC (Scc1 et Scc3.
Les deux protéines SMC dimérisent en présence d’ATP (forment anneau) et les non-SMC lient les domaines ATPase du Smc1 et Smc3 (stabilisent anneau).
89
Comment expliquer le mécanisme de cohésion des chromatides soeurs?
Le mécanisme de cohésion des chromatides sœurs (encore mal connu) consisterait au passage de ces dernières au travers du centre de l’anneau formé par la cohésine. Dans ce modèle, c’est le clivage protéolytique des sous-unités non-SMC qui provoquera l’ouverture de l’anneau et la perte du complexe cohésine. La condensation des chromosomes qui accompagne leur ségrégation : nécessite un autre complexe comprenant également des protéines de type SMC : le complexe condensine.
90
Qu’est-ce que le complexe condensine? À quoi sert-il?
Il pourrait aussi avoir une structure en forme d’anneau et pourrait faciliter la condensation des chromosomes en reliant entre elles différentes régions éloignées du même chromosome.
91
Que se passe-t-il durant la prophase?
Pendant la prophase, les chromosomes se condensent au maximum pour se préparer à leur ségrégation. À la fin de cette étape, l’enveloppe nucléaire se rompt et les cellules entrent en métaphase.
92
Que se passe-t-il quand les cellules entrent en métaphase?
Le fuseau mitotique prend forme et les kinétochores des chromatides sœurs se fixent aux micro-tubules.
93
Quel est le critère pour que l’attachement des chromatides aux microtubules soit correcte?
La fixation n’est correcte que si les 2 kinétochores issus d’une paire de chromatides sont reliés, via les micro-tubules, aux centres organisateurs (centrosomes) des pôles opposés.
94
Qu’est-ce qu’un attachement bivalent?
Cet attachement va permettre aux microtubules d’exercer une tension sur les paires de chromatide en tirant les chromatides sœurs dans des directions opposées.
95
Qu’est-ce qu’un attachement monovalent?
Il résulte de la fixation d’une seule des 2 chromatides ou de la fixation des 2 aux microtubules liés au même centrosome. Cela n’exerce aucune tension sur les chromatides.
96
Comment les chromosomes font pour s’enligner sur la plaque équatoriale?
C’est la cohésion sur les chromatides sœurs qui permet d’obtenir la tension exercée par l’attachement bivalent. L’alignement des chromosomes sur la plaque équatoriale est le résultat de cette tension.
97
Que se passe-t-il lors de l’anaphase?
La ségrégation des chromosomes débute par la protéolyse des molécules de cohésine, conduisant à la perte de la cohésion entre les chromatides sœurs : les cellules sont alors en anaphase. Les chromatides soeurs se séparent et sont tirées vers les deux extrémités opposées de la cellule.
98
Quelles sont les caractéristiques de la télophase?
L’étape finale de la mitose est la télophase : l’enveloppe nucléaire se reforme autour de chaque jeu de chromosomes ségrégés.
99
Quelle est la dernière étape de la mitose?
La division cellulaire s’achève par la division du cytoplasme : la cytokinèse.
100
Quelles sont les phases de transitions? Donnez leurs caractéristiques?
Les 2 autres phases du cycle cellulaire, G1 et G2, sont les phases dites de transition (gap).
La phase G1 se déroule avant la phase de synthèse d’ADN (phase S) et la phase G2 sépare les phases S et M.
G1 et G2 : donnent le temps à la cellule d’assurer 2 contrôles :
1) La préparation de l’étape suivante
2) La vérification que la phase précédente a été correctement accomplie
101
Avant l’entrée en phase S, que doivent attendre les cellules?
Avant l’entrée en phase S, les φ doivent atteindre une certaine taille et un niveau de synthèse protéique suffisant pour fournir assez de protéines et de nutriments pour la synthèse d’ADN.
102
Que se passe-t-il en cas de problème lors du cycle cellulaire?
Le système de surveillance cellulaire interrompt le cyle aux points de contrôle du cycle cellulaire.
Les cellules dont l’ADN a été endommagé vont interrompre leur cycle en G1 avant la synthèse d’ADN ou en G2 avant la mitose ce qui prévient les conséquences de l’apparition d’anomalies chromosomiques et qui permet la réparation des erreurs avant de reprendre le cycle φ.
103
Quelle est la différence principale entre la mitose et la méiose?
La mitose conserve le même nombre de chromosomes dans les cellules filles que dans la cellule mère. La méiose réduit le nombre de chromosomes parentaux.
104
Comment expliquer le cycle cellulaire méioitique?
Ce cycle comprend les phases G1, S et une phase G2 prolongée.
Les cellules entrant en méiose doivent être diploïdes et contenir ainsi 2 copies de chaque chromosome avant la réplication de l’ADN (une copie héritée de chaque parent).
Après la réplication de l’ADN (phase S), les paires de chromatides sœurs (chromosomes homologues) s’associent entre elles et recombinent, ce qui crée un lien physique indispensable à la cohésion des paires de chromatides sœurs au cours de la ségrégation chromosomique.
À l’inverse de la mitose (1 seule étape de ségrégation chromosomique), les chromosomes subissent, au cours de la méiose, 2 étapes successives de ségrégation : Méiose I et II
Chaque ségrégation comprends les étapes de prophase, métaphase et d’anaphase.
105
Décrivez la métaphase et l’anaphase de la méiose 1.
Les paires de chromosomes homologues rejoignent les pôles opposés du fuseau de microtubules.
Les 2 kinétochores de chaque paire de chromatides sœurs sont attachés au même pôle du fuseau de microtubules (attachement qualifié de monovalent).
Comme dans la mitose, les paires de chromosomes homologues résistent dans un 1er temps à la force d’attraction exercée par le fuseau. Dans le cas de la méiose I, cette résistance résulte des connexions physiques induites par recombinaison entre les paires de chromosomes homologues.
Après disparition de cette cohésion (anaphase I), les paires de chromosomes homologues sont séparées et dirigées vers les pôles opposés de la φ.
La cohésion entre les chromatides sœurs est cependant maintenue au niveau de la région centromérique.
106
Vrai ou faux? Dans la méiose 2 une étape de réplication précède la ségrégation.
Faux, aucune étape de réplication de l’ADN ne précède la ségrégation.
107
Expliquez la métaphase et l’anaphase de la méiose 2.
Un fuseau se forme en association avec chacune des 2 paires de chromatides sœurs nouvellement séparées (métaphase II).
La cohésion qui est maintenue au niveau des centromères après la méiose I est importante.
La 2ème ségrégation des chromosomes (à l’anaphase II) intervient à la suite de l’élimination de la cohésion des centromères. À ce moment, il y a 4 jeux de chromosomes dans la φ, chacun ne possédant qu’une seule copie par chromosome.
Un noyau se forme autour de chaque jeu et le cytoplasme se divise pour former 4 φ haploïdes.
108
Quand est-ce qu’on peut visualiser des chromosomes en miscroscopie optique?
La nature compacte des chromosomes condensés durant la méiose et la mitose les rend relativement faciles à visualiser par simple microscopie optique.
109
Pour quoi la microscopie optique est utilisée pour visuliser les chromosomes?
Utilisé pour déterminer leur composition dans les cellules humaines et détecter ainsi les anomalies telles que les délétions ou l’altération du nombre de copies par chromosome chez un individu (ex : les cellules cancéreuses).
110
Au microscope électronique, on peut observer 2 états de la chromatine. Quels sont leurs caractéristiques?
1. Les fibres ont un diamètre de 10 nm, c’est la forme moins compacte et elle ressemble à un collier de perles (nucléosomes).
2. Les fibres ont un diamètre de 30 nm, c’est la version la plus compacte de la chromatine et elle est souvent repliée sous forme de grandes boucles à partir d’un complexe protéique central.
111
Que sont des nucléosomes?
Octamère de 8 histones + l’ADN qui l’entoure
112
La majorité de l’ADN des φ eucaryotes est condensé en quoi?
En nucléosomes.
113
Qu’est-ce que les nucléosomes permettent à l’ADN?
Permet la compaction de l’ADN par un facteur d’environ 6 (loin du niveau de compaction par 1 000 ou 10 000 fois observé dans les φ eucaryotes). Cette 1ère étape de compaction de l’ADN est essentielle aux niveaux de compaction supérieurs.
114
Qu’est-ce que l’ADN internucléosomique?
C’est l’ADN entre les nucléosomes.
115
Qu’est-ce que l’ADN du coeur?
C’est l’ADN le plus fortement lié au nucléosome.
116
Combien de fois l’ADN est-il enroulé autour des histones?
1,65 fois (environ 147 pb).
117
Vrai ou faux? La longueur de l’ADN internucléosomique varie entre les espèces mais est la même pour une espèce.
Vrai.
118
Dans toutes les cellules, existe des segments d’ADN non compactés en nucléosomes. Dans quoi sont-ils impliqués?
Dans l’expression des gènes, dans la réplication et dans la recombinaison. Ces sites sont liés à des protéines non-histones qui dirigent et régulent ces processus.
119
Vrai ou faux? Les histones sont de petites protéines chargées négativement?
Faux. Elles sont chargées positivement.
120
Les φ eucaryotes contiennent 5 histones en abondance. Quelles sont-elles?
H1, H2A, H2B, H3 et H4.
121
Quelle est une des principales protéines de fixation à l’ADN?
Les histones.
122
Quelles sont les histones de l’octamère?
H2A, H2B, H3 et H4.
2 copies de chaque histone forment le cœur protéique autour duquel l’ADN nucléosomal s’enroule.
123
À quoi se lie l’histone H1?
L’histone H1 se lie à l’ADN internucléosomique. Elle est donc 2x moins abondante que les autres.
124
Vrai ou faux? Les 4 histones de l’octamère sont présentes en quantité égale dans la φ.
Vrai.
125
Quelle est la quantité de H1 par rapport aux autres histones?
L’histone H1 est 2X moins abondante que les autres, car on est en accord avec le fait qu’une seule molécule de H1 peut s’associer avec un nucléosome.
126
Pourquoi les histones contiennent des aa chargés positivement? Quels sont ces aa?
Les histones fortement liées à l’ADN négativement chargé contiennent une forte proportion d’acides aminés chargés positivement : au moins 20% des résidus sont des lysines ou des arginines.
127
Comment décrire la structure du coeur protéique du nucléosome?
C’est une structure en forme de disque qui nécessite la présence d’ADN pour se former de manière ordonnée.
128
Qu’est-ce que le domaine globulaire/repliement des histones? À quoi sert-il?
C’est une région conservée qui est retrouvée dans toutes les histones de l’octamère.
Il est constitué de 3 régions en hélice séparées par 2 < boucles non-structurées et il permet la formation d’une structure intermédiaire moins organisée du nucléosome : des hétérodimères en « tête à queue » spécifiques pour chaque histone.
129
Comment H3 et H4 se lient entre-elles?
H3 et H4 forment d’abord des hétérodimères pour ensuite s’associer entre-elles pour former un tétramère H3-H4.
130
Comment H2A et H2B s’associent ensemble?
H2A et H2B peuvent former des hétérodimères entre eux en solution mais sont incapables de former des tétramères par eux-mêmes.
131
Comment le nucléosome est-il assemblé?
1) Tétramère H3-H4 va d’abord se lier à l’ADN
| 2) 2 dimères H2A-H2B vont ensuite s’associer au complexe ADN-H3-H4
132
Les histones de l’octamère possèdent une extension N-terminale. À quoi sert-elle?
Les histones de l’octamère possèdent une extension amino-terminale (« queue ») sans structure particulière et accessible (mis en évidence par digestion à la trypsine qui coupe les protéines après un AA chargé +) une fois le nucléosome formé.
Elles ne sont pas nécessaires à l’association de l’ADN avec l’octamère d’histone
Se sont les cibles de modifications importantes altérant la fonction individuelle d’un nucléosome : phosphorylation-acétylation-méthylation sur les résidus de sérine, lysine et arginine
133
Qu’est-ce que l’axe de la diade?
Le nucléosome présente un double axe de symétrie (toutefois imparfait) appelé axe de la dyade.
C’est l’analogie au cadran d’une horloge.
Une ligne dessinée à travers le milieu du disque passant de 12 à 6 heures représente l’axe de la dyade.
La rotation de 180° du nucléosome autour de cet axe révèle une vue quasiment identique.
134
Vrai ou faux? Le tétramère H3-H4 et le dimère H2A-H2B interagissent chacun avec une région spécifique de
l’ADN située à l’intérieur du nucléosome.
Vrai.
135
Avec quoi le tétramère H3-H4 intéragit-il?
Sur les 147 pb, les domaines globulaires des histones du tétramère H3-H4 interagissent spécifiquement avec les 60 pb centrales.
136
La partie N-terminale de l’histone H3 interagit avec quoi?
La partie N-terminale de l’histone H3, la plus près du domaine globulaire, forme une 4ème hélice qui interagit avec les 13 dernières pb de chaque extrémité de l’ADN.
137
Comment sont organisés les 2 dimères H2A-H2B?
Les 2 dimères H2A-H2B sont chacun associés avec environ ~30 pb d’ADN de part et d’autre des 60 pb centrales de l’ADN lié par H3 et H4.
Ensemble, les 2 dimères H2A-H2B forment la partie intérieure de l’octamère d’histones située à travers le disque depuis les extrémités de l’ADN.
138
Vrai ou faux? Le tétramère H3-H4 occupe une position clé dans le nucléosome en liant à la fois la partie centrale et les 2 extrémités de l’ADN.
Vrai.
139
Les nombreuses interactions existantes entre le tétramère H3-H4 et l’ADN permettent d’expliquer quoi?
L’assemblage ordonné des nucléosomes.
140
Quelle serait la cause des courbures et tensions considérables de l’ADN?
Association du tétramère H3-H4 avec la partie centrale et les extrémités de l’ADN serait la cause de courbures et tensions considérables de l’ADN, permettant une association facilitée avec les dimères H2A-H2B.
Inversement, la petite longueur d’ADN liée aux dimères H2A-H2B est insuffisante pour la liaison de l’ADN au tétramère H3-H4.
141
De nombreux contacts indépendants de la séquence d’ADN sont impliqués dans l’interaction entre les histones de l’octamère et l’ADN. Combien y a-t-il de points de contact? Que permettent ces points de contact?
14 points de contacts différents : un à chaque fois que le < sillon de l’ADN touche l’octamère d’histone.
Implique un grand nb de liaisons H+ (environ 40) entre les histones et l’ADN dont la majorité localisées entre les protéines et les atomes d’oxygène des montants phosphodiester du petit sillon de l’ADN (seulement 7 liaisons entre chaînes latérales des histones et bases de l’ADN).
Un grand nombre de ces liaisons H+ sont à l’origine de la force permettant la courbure de l’ADN : facilité par la nature fortement basique des histones qui masquent la charge – des phosphates.
La charge + des histones facilite ainsi la juxtaposition des 2 hélices d’ADN, indispensable à l’enroulement de l’ADN plus d’une fois autour de l’octamère d’histones.
Le fait que tous les points de contacts entre les histones et l’ADN impliquent soit le petit sillon, soit la chaine de phosphates est en accord avec la nature non spécifique de la liaison entre l’octamère d’histones et l’ADN :
Ni les montants phosphates, ni le petit sillon d’ADN ne contiennent de bases spécifiques.
142
Quelles sont les strctures qui maintiennent l’ADN enroulé autour de l’octamère d’histones?
Les queues N-terminales maintiennent l’ADN enroulé autour de l’octamère d’histones.
Les 4 queues H2B et H3 émergent entre les 2 sillons de l’ADN : point de sortie se forme à partir de 2 petits sillons adjacents, réalisant une ouverture (gap) entre les 2 hélices d’ADN.
Les queues H2B et H3 émergent approximativement à la même distance l’une de l’autre autour du disque de l’octamère (H3 = 1h + 11h; H2B = 4h + 8h).
Les queues N-terminales H2A et H4 émergent au-dessous ou au-dessus des 2 hélices d’ADN mais pas en travers de celles-ci.
Du fait de leur émergence à la fois entre et de part et d’autre des hélices d’ADN, les queues des histones peuvent être comparées aux sillons d’une vis, dirigeant l’enroulement de l’ADN par la gauche autour du disque d’histones :
Enroulement par la gauche entraîne la formation de surenroulements négatifs.
143
Par quoi est caractérisée l’hétérochromatine? Pour quoi est-elle important?
Elle est caractérisée par un marquage dense avec de nombreux contrastes et une apparence condensée.
Cela correspond à des zones de faible expression de gènes. Empêcher un gène de s’exprimer peut être tout aussi important que l’inverse, donc, l’hétérochromatine est importante pour la suppression d’expression génique.
144
Quelles sont les caractéristiques de l’euchromatine?
Elle présente les caractéristiques inverses de l’hétérochromatine (faible marquage et structure relativement ouverte). Correspond aux régions avec un niveau d’expression génique élevé.
145
Vrai ou faux? Dans les deux cas (hétérochromatine et eurochromatine), l’ADN est condensé en nucléosomes.
Vrai. Mais il y a tout de memême une différence.
146
Quelle est la différence structural entre l’hétérochromatine et l’euchromatine?
Dans les 2 cas, l’ADN est condensé en nucléosomes.
Différence réside dans l’assemblage (ou non) des nucléosomes en structures plus complexes.
Les régions d’hétérochromatine sont constituées d’ADN nucléosomal assemblé dans des structures d’ordre supérieur ce qui entraine la suppression de l’expression de certains gènes.
Les nucléosomes de l’euchromatine sont assemblés plus simplement.
147
Une fois les nucléosomes formés, quelle est l’étape suivante? Expliquez ses caractéristiques.
C’est la fixation de l’histone H1 (petite protéine chargée positivement, comme les autres histone de l’octamère) qui interagit avec l’ADN internucléosomique. Elle resserre l’association de l’ADN avec le nucléosome. Ainsi, en plus des 147 pb protégés par les histones de l’octamère, l’ajout de H1 au nucléosome permet de protéger 20 pb additionnels.
148
Comment H1 peut augmeenter la quantité d’ADN associée au nucléosome?
Elle a la propriété de se lier à 2 régions distinctes du duplexe d’ADN appartenant à une seule molécule d’ADN associée à un nucléosome.
Sites de fixation somt asymétriques par référence à l’axe de symétrie du nucléosome.
Un est situé dans l’ADN internucléosomique alors que le 2ème est situé au milieu des 147 pb associées au nucléosome.
En rapprochant ces 2 régions d’ADN à proximité l’une de l’autre, la fixation de H1 augmente la qtée d’ADN associée au nucléosome.
149
Qu’est-ce que la H1 change par rapport à l’angle de l’ADN?
La fixation de H1 donne un angle mieux défini pour l’entrée et la sortie de l’ADN du nucléosome.
La nature de cet angle est affectée par des variables comme le pH, la [ sels ] et la présence d’autres protéines.
Donne à l’ADN nucléosomal une apparence en « zigzag ».
150
Vrai ou faux? La présence de H1 rend l’ADN moins compacte.
Faux. Elle le rend plus compact.
151
Vrai ou faux? H1 stabilise les structures d’ordre supérieur dans la chromatine.
Vrai.
152
Quand est-ce qu’on peut observer la formation d’une fibre de 30 nm?
In vitro : lorsqu’il y a ajout de H1 lors d’une diminution [sels] entraine la formation d’une fibre de 30 nm à partir de l’ADN nucléosomal.
153
Qui suis-je? Cette structure représente le second niveau de compaction de l’ADN.
La fibre de 30 nm.
154
Quelle est la conséquence lorsque l’ADN passe au second niveau de compaction?
L’ADN devient alors beaucoup moins accessible aux enzymes dépendantes de l’ADN (ARN polymérases).
155
Quels sont les deux modèles de représentation pour la fibre de 30 nm? Quel modèle semble privilégié?
1) Le modèle solénoïde : ADN nucléosomal forme une superhélice contenant ≈ 6 nucléosomes par tour (microscopie électronique ou par diffraction rayons X). La fibre de 30 nm possède un pas d’environ 30 nm (à peu près le diamètre du disque de nucléosomes) : suggère que la fibre de 30 nm est composée de disques de nucléosomes empilés sur les bords d’une hélice. Les surfaces planes de chaque face du disque d’octamères d’histones sont adjacentes entre elles, et la surface d’ADN des nucléosomes constitue la partie accessible de la superhélice. L’ADN internucléosomique est enfoui au centre de la superhélice : il ne passe jamais à travers l’axe de la fibre.
2) Le modèle en « zigzag » : modèle alternatif qui repose sur l’organisation en zigzag que prennent les nucléosomes après l’ajout de H1. La fibre de 30 nm représente la forme compactée de ces séries de nucléosomes en zigzag.
Analyse par diffraction aux rayons X semble privilégier le modèle en zigzag.
À la différence du modèle solénoïde, la conformation en zigzag nécessite le passage de l’ADN internucléosomique bien droit au travers de l’axe central de la fibre.
Étant donné que la taille de l’ADN internucléosomique varie entre les différentes espèces, la forme de la fibre de 30 nm peut très bien être différente d’un organisme à un autre.
Conclusion : les 2 modèles peuvent s’avérer corrects.
156
Qu’est-ce qui est nécesssire pour la formation de la fibre de 30 nm?
Les queues N-terminales des histones sont nécessaires pour la formation de la fibre de 30 nm. En absence de leurs queues N-terminales : histones de l’octamère sont incapables de former les fibres de 30 nm.
157
Quelle est la fonction des queues N-terminales dans la fibre de 30 nm? Avec quoi intéragissent-elles? Comment expliquer leur importance?
Elles stabilisent la fibre de 30 nm par l’interaction entre les nucléosomes adjacents. Chaque queue N-terminale de H2A, H3 et H4 interagit avec le cœur du nucléosome adjacent.
Importance :
Démontrée dans l’interaction entre l’extrémité N-terminale chargée positivement de H4 et une région chargée négativement du domaine globulaire de H2A.
Les résidus de H2A qui interagissent avec la queue de H4 sont conservés chez de nombreux organismes eucaryotes. Ces régions de H2A seraient ainsi conservées afin de permettre des interactions internucléosomales avec la queue H4.
Ces queues N-terminales des histones sont fréquemment la cible de modifications dans la φ. Elles permettraient de réguler la capacité de ces histones à former la fibre de 30 nm ou d’autres structures nucléosomiques d’ordre supérieur.
158
Comment expliquer ce qu’il se passe lorsque l’ADN est compacté 40x? Est-ce que d’autres étapes sont nécessaires pour la compacter?
La condensation de l’ADN par les nucléosomes + H1 (fibre de 30 nm) équivaut à la compaction 40 X
Un repliement additionnel de la fibre 30 nm est requis pour compacter davantage l’ADN. Bien que le mécanisme exact soit encore inconnu, le modèle le plus probable propose que la fibre de 30 nm forme des boucles de 40 à 90 kb retenues ensemble à leurs bases par une structure protéique : la matrice nucléaire.
159
Quelles sont les 2 classes de protéines identifiées dans la matrice nucléaires? Quelles sont leurs caractéristiques?
La topoisomérase II (Topo II) : se retrouve en abondance à la fois dans les extraits de matrice mais aussi associée aux chromosomes en mitose après purification. Le traitement de φ par des molécules qui vont provoquer des cassures de l’ADN aux sites de fixation de la Topo II génère des fragments d’ADN ≈50 kb. On suggère donc que la Topo II doit faire partie du mécanisme de fixation de l’ADN à la base de ces boucles.
2) Les protéines SMC sont également un composant abondant de la matrice nucléaire. Composants clés de la machinerie qui condense et assemble les chromatides sœurs entre elles durant la duplication des chromosomes. L’association de ces protéines avec la matrice nucléaire pourrait servir à favoriser leurs fonctions en offrant une base pour leurs interactions avec l’ADN chromosomique.
160
Des variants d’histones altèrent la fonction du nucléosome. Donnez les 2 exemples et leurs caractéristiques.
Des variants d’histones peuvent remplacer une des 4 histones de l’octamère pour former des nucléosomes particuliers. Ils permettent de dégager spécifiquement certaines régions du chromosome ou confèrent des fonctions spéciales au nucléosomes qui les incluent.
Exemple 1:
H2A.X : un variant de H2A qui est largement répandu dans nucléosomes eucaryotes. Lorsque l’ADN chromosomique subit cassure double-brin : H2A.X situé à proximité devient phosphorylé. H2A.X phosphorylé recrute alors spécifiquement les enzymes de réparation de l’ADN au site du dommage.
Exemple 2 :
CENP-A; variant de H3 présent dans les nucléosomes associés à l’ADN du centromère. Ces nucléosomes sont incorporés dans le kinétochore, qui dirige la fixation du chromosome au fuseau mitotique. CENP-A : queue N-terminale + longue que celle de H3 mais région centrale de repliement similaire. Ainsi, l’incorporation de CENP-A ne modifie pas la structure du nucléosome. Néanmoins, la queue + longue génère de nouveaux sites de fixation pour d’autres protéines, telles que celles constituant le kinétochore.
