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UFR des Sciences médicales
UE2 : Biologie cellulaire
PACES 2013-2014
Pr. MN DIEUDONNE
BIOLOGIE CELLULAIRE
= Etude de l'organisation et du fonctionnement de la cellule
La cellule animale
Les membranes cellulaires
Le noyau
Le cytosquelette
Le cycle cellulaire
Le réticulum endoplasmique
L'appareil de Golgi
Les vésicules de transport
Endocytose/exocytose
Les lysosomes
Les mitochondries
L'apoptose
1) Introduction
LE NOYAU
2) La structure du noyau
3) Les activités du noyau (UE1)
2.1 L’‛enveloppe nucléaire
2.2 Le nucléole
2.3 La chromatine
1) Introduction
2) La structure du noyau
2.1 L’‛enveloppe nucléaire
2.2 Le nucléole
2.3 La chromatine
LE NOYAU
3) Les activités du noyau (UE1)
INTRODUCTION (1)
Noyau
¾ Compartiment fermé spécialisé (eucaryotes)¾ Contient le matériel génétique
INTRODUCTION (2)
¾ Activités compartimentées¾ Echanges noyau-cytosol
EUCARYOTESPROCARYOTES
Traduction
RéplicationRéplication
INTRODUCTION (3)
Noyau type
Microscopie électronique
(x 12 000)
Chromatine
Nucléole
Enveloppe nucléaire
Noyau interphasique
LE NOYAU
1) Introduction
2) La structure du noyau
2.1 L’‛enveloppe nucléaire
2.2 Le nucléole
2.3 La chromatine
3) Les activités du noyau (UE1)
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
(30 nm)
¾Deux membranes concentriques
¾Enveloppe en continuité avec le réticulum endoplasmique
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
¾Enveloppe maintenue par un réseau protéique: lamine nucléaire
¾Enveloppe percée de pores
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
Microscopie électronique
Lamina nucléaire
¾ Réseau de protéines filamenteuses : lamine A, B et C.. ¾ Sur la face interne¾ Interactions avec la chromatine
Pores nucléaires (1)
¾ Complexe du pore : ≥ 50 nucléoporines disposées selon une symétrie octogonale
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
Pores nucléaires (2)
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
¾ Complexe du pore : ≥ 50 nucléoporines disposées selon une symétrie octogonale
Canal central
8 Canaux latéraux
Pores nucléaires (3)
¾ Complexe du pore : 8 colonnes + anneaux + filaments
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
8x
Transport des protéines nucléaires Transport des ARN messager
Rôles des pores nucléaires
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
Protéines régulatrices (FT)Protéines enzymatiques (Polymérases)Protéines structurales (histones)
IMPORT
EXPORT
Protéines régulatrices (FT)ARN
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
2 Types de transports nucléaires
Canal central =Transporteur central
Canaux latéraux
Protéines et ARN›50-60 000 Da
Simple diffusion Transport actif
9-26 nm
Petites molécules solubles
Rôles des pores nucléaires
Transport des protéines nucléaires Transport des ARN messager
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
1) Séquences spécifiques d’‛adressage 2) Protéines spécifiques d’‛échanges
Mécanismes de transport des protéines nucléaires
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
1) Séquences spécifiques d’‛adressage 2) Protéines spécifiques d’‛échanges
Mécanismes de transport des protéines nucléaires
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
Séquences spécifiques d’‛adressage
Séquence IMport: SLN
(séquence de localisation nucléaire)
PPKKKRKV
Séquence EXport: SEN
(séquence d’‛export nucléaire)
LALKLAGLDI
Mécanismes de transport des protéines nucléaires
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
a) Vecteur d'expression: gène codant pour 1 protéinechimère (protéine cytosolique +/- séquence signal)
b) Transfection
c) Observation par immunodétection
1) Séquences spécifiques d’‛adressage : mise en évidence
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
sans SLN avec SLN
¾ Pas d’‛adressage au noyau d’‛une protéine nucléaire sans SLN
1) Séquences spécifiques d’‛adressage : résultats
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
IMPORTINES / EXPORTINES
Protéines solubles
Interagissent avec SLN/SEN
Utilisent de l’‛énergie (GTP)
1) Séquences spécifiques d’‛adressage 2) Protéines spécifiques d’‛échanges
Mécanismes de transport des protéines nucléaires
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
GEF: Guanine-nucleotideExchange Factor
GAP: GTPase-ActivatingProtein
GAP
GTP: Guanosine triphosphate
Petites protéine G
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIREMécanismes de transport des protéines nucléairesvia les petites protéines G (GTP dépendante)
2) Protéines spécifiques d’‛échanges (1)
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
2) Protéines spécifiques d’‛échanges (2)
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
Exportine
Ran-GTP
Exportine
Protéine à transporter
¾ 3 intervenants: protéine à transporter + exportine + Ran (petite protéine G)
Transport des ARN messager
Rôles des pores nucléaires
Transport des protéines nucléaires
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
ARN
Transport des ARN messagers
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
¾ Transport actif: ARN/protéine (SEN)/exportines¾ Transport sous forme d’‛un complexe ribo-nucléo-protéique
NOYAU CYTOPLASME
ARNm
¾ Complexe protéique associé à l’‛ARNm à exporter (RNP)
Transport des ARN messagers
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
¾ Exportation suivie de la traduction de l’‛ARNm dans le cytoplasme
Traduction
Facteur initiation traduction
Transport des ARN messagers
L’‛ENVELOPPE NUCLEAIRE
1) Introduction
2) La structure du noyau
2.1 La membrane nucléaire
2.2 Le nucléole
2.3 La chromatine
LE NOYAU
3) Les activités du noyau (UE1)
LE NUCLEOLE
Microscopie électronique
(x 12 000)
Noyau interphasique
Nucléole
Membrane nucléaire
LE NUCLEOLE
Organisation et rôles
Microscopie électronique
(x 12 000)
Apparait pendant l’‛interphase
Structure granuleuse sans membrane
Site de synthèse des ARN ribosomaux
Taille variable
Noyau interphasique
Début phase G1: 2 nucléolesActivité de transcription faible
Fin phase G1 : 1 gros nucléoleActivité de transcription forte
Organisation et rôles
LE NUCLEOLE
¾ Taille variable selon le cycle cellulaire
¾ Taille variable selon l’‛activité de synthèse protéique
LE NUCLEOLE
Organisation et rôles
Microscopie électronique
(x 12 000)
Apparait pendant l’‛interphase
Structure granuleuse sans membrane
Site de synthèse des ARN ribosomaux
Taille variable
Noyau interphasique
Les gènes ribosomaux
¾ Un gène code les ARNr 28S/18S/5,8S: gène 45sUn gène code l'ARN 5S
¾ Répétitions en tandem de ces gènes
¾ Homme : 200 copies /génome haploïde sur 5 chromosomes différents
LE NUCLEOLE
Les ARN ribosomaux
¾ Dans le nucléole :
- Transcription du gène 45S codant les ARNr
28S/18S/5,8S par l'ARN polymérase I
¾ En dehors du nucléole : Transcription du gène codant l'ARNr 5S par l'ARN
polymérase III
LE NUCLEOLE
ARN 18S ARN 5.8S ARN 28S
Assemblage dans le cytosol
Coupures et dégradation de séquences nucléotidiques
ARN 45S: précurseur
Modification post-transcriptionnelle
LE NUCLEOLELes ARN ribosomaux
ARN 5S
Petite sous-unité Grande sous-unité
Incorporation des ARNr dans les SU du ribosome
1) Introduction
2) La structure du noyau
2.1 La membrane nucléaire
2.2 Le nucléole
2.3 La chromatine
LE NOYAU
3) Les activités du noyau (UE1)
Cellule enmitose
Cellule eninterphase
Matériel génétique = sous forme de chromatine
LA CHROMATINE
MO + DAPI
Après lysecellulaire
LA CHROMATINE
M
Chromatine
La chromatine dans le noyau en interphase
La chromatine dans le noyau en mitose : le chromosome
LA CHROMATINE
MEB
1
2
La chromatine dans le noyau en mitose : le chromosome
LA CHROMATINE
1 cellule 2 cellules fillesMEB
Organisation de la fibre de chromatine
¾ Différents degrés de compaction
LA CHROMATINE
Chromosome condenséÄ étiré� 300 nm
ADN
Chromosome en mitose
Chromatide� 700 nm
Chromosome en interphase
Fibre de chromatine claire
EUCHROMATINE
Fibre de chromatine dense
HETEROCHROMATINE
� 30 nm
¾ La structure de la fibre est dynamique (modèle de l'accordéon)
LA CHROMATINELa fibre chromatinienne de 30 nm
PROTEINES : HISTONESADN
La fibre chromatinienne décondensée de 10 nm
LA CHROMATINE
¾ Histones: spécificité des eucaryotes et archéobactéries
LA CHROMATINE
Composition de la fibre chromatinienne
ADN + Histones
Nucléosome:Unité de base de la fibre chromatinienne
ADN de liaison
¾ Les régions riches en A-T interagissent avec le cœur d’‛histones
LA CHROMATINEComposition de la fibre chromatinienne
ADN
HISTONES
Digestion de l'ADN inter-nucléosomes(nucléase)
Dissociation du complexe ADN-protéines(haute force ionique)
Dissociation du complexe protéique
2 exemplaires de 4 histones: OCTAMERE
H2A, H2B, H3, H4
LA CHROMATINE
Mise en évidence de l’‛organisation du nucléosome
LA CHROMATINEStructure des histones
¾ Petites protéines basiques très conservées
¾ H2A-H2B et H3-H4 forment des hétérodimères au sein du nucléosome
¾La région N-terminale : modifications post-traductionnelles
H2A
H2B
H3
H4
LA CHROMATINE
Rôle des histones H2A, H2B, H3 et H4
¾ Formation + stabilité de la fibre chromatienne (30 nm)
¾ Compaction ++
LA CHROMATINE
Rôles de histone H1
¾ Compaction de la fibre de 30 nm: empilement des nucléosomes
¾ Rôle mal connu : Stabilisation ?
Nucléosome
Histone H1
LA CHROMATINE
La compaction de la fibre chromatinienne
1) Permet « d’‛empaqueter » l’‛ADN pour le faire « tenir » dans le noyau de la cellule
2) Varie au cours du cycle cellulaire et de l’‛activité de la cellule
Dynamique de la fibre chromatinienne, comment???
LA CHROMATINE1°) Complexes de remodelage de la fibre chromatinienne
12
3
5
4
Complexe de remodelage A
Complexe de remodelage B
¾ Formation et destruction des nucléosomes
1°) Complexes de remodelage de la fibre chromatinienne
LA CHROMATINE
- Machinerie protéique qui utilise l’‛ATP
- Complexes différents ( A et B) ou identiques
- Accessibilité de l’‛ADN dans des régions précises
Réplication , Réparation, Transcription(Euchromatine)
¾ Recrutement d’‛autres protéines : rôles dans la régulation
d’‛expression des gènes.
LA CHROMATINE
2°) Modifications post-traductionnelles des histones
H2B
H3
H4
Ac: acétylation
Me: méthylation
P: phosphorylation
2°) Modifications post-traductionnelles des histones
LA CHROMATINE
Transcription +++
ADN décompacté
AcétylationHAT
Lys
ADN compacté
DéacétylationHDAT
TranscriptionX
LA CHROMATINE
Diversité d’‛organisation des chromosomes (1)
Ovocytes d’‛amphibiens : chromosomes en écouvillon
Immunofluorescence(régions actives
ARN+++)
MO
¾ Succession de boucles de chromatine actives
LA CHROMATINE
Diversité d’‛organisation des chromosomes (2)Glandes salivaires de larve de drosophile : chromosomes polyténiques
MO
¾ Succession de régions condensées et décondensées (actives ++)
¾ 3 x 109 nucléotides pour le génome haploïde
¾ 23 paires de chromosomes (22 autosomales + 1 sexuelle)
¾ 2 m d'ADN étiré
Les chromosomes humains
LA CHROMATINE
Diversité d’‛organisation des chromosomes (3)
Caryotype : 46 XYChromosomes peints
MO
LA CHROMATINE
Applications cliniques
ETUDE DU CARYOTYPE
ANOMALIE DU NOMBRE:Aneuploidie
ANOMALIE DE STRUCTURE:Ex de la translocation
Aneuploïdie : la trisomie 21
LA CHROMATINE
Caryotype anormal : 47,XY,+ 21
Retard mental, malformations
Fréquence : 1/1000 naissances à 30 ans
1/200 naissances à 38 ans !!
Aneuploïdie : Syndrome de Turner
LA CHROMATINE
Caryotype anormal : 45, XO
Filles / stérilité +++
Fréquence : 1/2500 naissances
Translocation : le chromosome Philadelphie
LA CHROMATINE
Translocation t (9; 22)
Leucémie myéloïde chronique
Fréquence : 1/1000 naissances