Le nucléosome

1. Le nucléosome ADN et chromosomes

2. Plan I - Structure et fonction de l'ADN II - ADN chromosomique et emballage dans la fibre chromatinienne • organisation des gènes le long de la molécule d'ADN III - Structure globale des chromosomes • emballage de la molécule d'ADN dans les chromosomes

3. II - ADN chromosomique et emballage dans la fibre chromatinienne 1 - Le chromosome 2 - Organisation des gènes sur le chromosome 3 - Cycle du chromosome 4 - Séquences nécessaires et suffisantes pour se dupliquer et passer d'une génération à l'autre 5 - Emballage de l'ADN 6 - Régulation de l’activité de la chromatine

4. 1 - Le chromosome L'ADN est divisé en chromosomes Génome = 3,2 milliards de paires de nucléotides 24 chromosomes différents 1 chromosome = 1 molécule d'ADN + protéines ADN + protéines = chromatine

5. Chromatine (Walter Flemming 1882) ADN + protéines Décrit par Flemming (1882) Colorable

6. Walter Flemming (1843-1905) • Cytologiste allemand connu pour avoir décrit le premier la division cellulaire appelée mitose. • Également le premier à décrire les chromosomes. • Études de médecine et de zoologie jusqu’en 1868 dans plusieurs universités allemandes. • Thèse sur les muscles ciliaires • Assistant, puis professeur • S'installe définitivement à Kiel comme professeur d'anatomie et directeur de l'institut d'anatomie, jusqu'à sa retraite en 1901.

7. Walter Flemming (1843-1905) • Vers le milieu du XIXe siècle, la connaissance de la division cellulaire était limitée par la faible qualité des lentilles des microscopes et des méthodes de coloration. • Certains scientifiques pensaient qu'il s'agissait d'une division directe, mais d'autres postulaient l'existence de phases intermédiaires pendant lesquelles le noyau « père » se dissociait avant de reconstituer deux noyaux fils. • Walter Flemming est le premier à décrire, dans son ouvrage Zellsubstanz, Kern, Zelltheilung, publié en 1882, les différentes phases de la division cellulaire.

8. Walter Flemming :Les différentes phases de la division cellulaire • A cette occasion, il forge les mots mitose, chromatine, plan équatorial et achromatine. • Il est également un des premiers cytologistes à décrire les chromosomes pendant la division cellulaire, sans pour autant expliquer leur rôle • Il remarque la constance de leur nombre pour une espèce donnée.

9. Walter Flemming :autres travaux • Amélioration de certains fixateurs et colorants cellulaires • Description de l'amitose, division cellulaire directe par étranglement du corps cellulaire et du noyau, phénomène qu'il considère toutefois, de façon erronée, comme pathologique.

10. Protéines de la chromatine Emballage de l'ADN Régulation de l'expression des gènes Réplication et réparation de l'ADN

11. Chromosome bactérien Une seule molécule d'ADN circulaire Protéines d'emballage différentes Mal connu

12. Les chromosomes eucaryotes Chaque cellule a deux copies de chaque chromosome une héritée du père et une héritée de la mère Chromosomes homologues Exception : chromosomes sexuels chez le mâle Y hérité du père X hérité de la mère

13. Jeux chromosomiques • Homme : 22 paires d'autosomes + X + Y • Femme : 22 paires d'autosomes + X + X • Homme : 46,XY • Femmes : 46,XX

14. Mise en évidence des chromosomes • Hybridation • Colorants

15. Fig 4-10 Hybridation de chromosomes humains masculins Caryotype spectral (peinture chromosomique)

16. Fig 4-11 Chromosomes humains masculins Coloration au Giemsa chaque chromosome a un marquage longitudinal spécifique qui permet de le reconnaître

17. Caryotype • Affichage des 46 chromosomes à la mitose • Mise en évidence des anomalies

18. Caryotype féminin normal

19. Fig 4-12 Anomalie chromosomique (A) Coloration au Giemsa (B) Peinture chromosomique 4 12 4 12 N t N t

20. 2 - Organisation des gènes sur le chromosome Un gène  protéine ARN

21. Complexité d'un organisme  nombre de gènes • Corrélation positive • Bactérie : 500 • Humain : 30 000 • Beaucoup d'ADN • sans information • dépotoir (!) • expression des gènes

22. Table I-1 • Génomes ayant été totalement séquencés • (A) Eubactéries

23. Table I-1 • Génomes ayant été totalement séquencés • (B) Archae

24. Table I-1 • Génomes ayant été totalement séquencés • (C) Eucaryotes

25. Fig 4-13 Génome de Saccharomyces cerevisae 16 chromosomes Couleurs fonctions du pays qui a séquencé 12 147 813 nucléotides 6000 gènes

26. Complexité d'un organisme  génome ( ADN) • Corrélation non systématique • Génome humain = 200 X génome de Saccharomyces cerevisae • Certaines plantes ou amphibiens = 30 X génome humain • Amibe = 200 X humain • Certains organismes proches les uns des autres = 100 X en raison de l'ADN en excès (même nombre de gènes)

27. Variation du nombre de chromosomes • Homme : 46 • Certains cervidés : 6 • Certaines carpes : >100 • Espèces très proches de Muntjac • Pas de relations simple entre • nombre de chromosomes • complexité de l'espèce • taille du génome

28. Fig 4-14 Fusion de chromosomes

29. Analyse du séquençage du génome • 1999 Séquençage du chromosome 22 (le plus petit)

30. Fig 4-15 1,5% du génome

31. Analyse du séquençage du génome • Science et Nature février 2001 • Human Genome Project (2001)

32. Table 4-1 • Données statistiques du chromosome 22 et de tout le génome humain

33. Génome humain • 25 fois plus gros que tous les génomes séquencés précédemment • 8 fois la somme de tous les génomes séquencés précédemment • Séquençage à 1000 nucléotides par seconde • A fait reconsidérer toute la biologie • 4ème édition du livre entièrement revue

34. Fig 4-16 Échelle du génome (A) si 1 mm entre deux bases… (B) génome =3 200 km un gène codant pour une protéine tous les 300 mètres un gène  30 mètres

35. Trois remarques générales sur l'arrangement des gènes dans le chromosome 1 - Quelques % codent pour des protéines ou de l'ARN de structure ou catalytique Le reste = petits morceaux d'ADN mobiles qui se sont incorporés dans le chromosome au cours de l'évolution

36. Trois remarques générales sur l'arrangement des gènes dans le chromosome 2 - Taille moyenne d'un gène élevée une protéine moyenne = 430 acides aminés 1 300 paires de nucléotides or un gène moyen = 27 000 paires de nucléotides beaucoup d'ADN non codant qui s'intercale dans l'ADN codant : introns / exons Alternance exons / introns dans les gènes Pas d'introns dans les organismes à génome compact  moins d'ADN Séquences régulatrices d'ADN des dizaines de milliers de paires de nucléotides

37. Fig 4-17 Séquence nucléotidique du génome humain LINES, SINES, retro-viral like elements, DNA only transposons : éléments génétiques mobiles qui se sont multipliés et insérés en différents endroits du génome

38. Fig 4-17 Séquence nucléotidique du génome humain Segmental duplications : gros blocks (1 000 à 200 000 nucléotides) présents à 2 ou plus endroits du génome Simple sequence repeats (< 14 nucléotides) répétés encore et encore

39. Fig 4-17 Séquence nucléotidique du génome humain Plus de la moitié des séquences uniques sont des gènes Le reste probablement des séquences régulatrices

40. Trois remarques générales sur l'arrangement des gènes dans le chromosome 3 - Grand désordre dans l'information grande pagaille, fouillis, désordre beaucoup d'ADN dépotoir information importante répartie dans tout ce désordre on n'a jamais rien éliminé

41. Problèmes posés par l'étude des gènes La plupart de l'ADN est probablement sans importance Un exon  145 nucléotides en moyenne (petit) Exon flotte dans une mer d'ADN inutile Nombreux réarrangements

42. Solutions pour l'étude des gènes • Basées sur l'observation : les séquences qui ont une fonction sont conservées pendant l'évolution • Comparaison homme / souris : l'homme et la souris ont divergé d'un ancêtre commun il y a 100 millions d'années • Les régions semblables sont celles dans lesquelles les mutations ont éliminé l'animal porteur par sélection naturelle : ce sont les régions conservées ( non conservées) • Les expériences de la nature permettent de mettre en lumière les régions les plus intéressantes du génome

43. Fig 4-18(AB) Conservation de la synténie (ordre de gènes) entre l'homme et la souris SOURIS HOMME

44. Fig 4-19 Histoire de notre chromosome 3 par comparaison avec celui d'autres mammifères Un changement tous les 5 à 10 millions d'années

45. Muller,S2000p206PNAS (fig1)

46. Muller,S2000p206PNAS (fig2)

47. Muller,S2000p206PNAS (fig3)

48. Muller,S2000p206PNAS (fig4)

49. Muller,S2000p206PNAS (fig5)

50. 3 - Cycle du chromosome • Cycle cellulaire • Interphase : réplication chromosome interphasique • Mitose : condensation et séparation  chromosomes mitotiques : bien visibles