PÔLE «TRANSMISSION DE LA VIE, HEREDITE» CELLULES, CHROMOSOMES, GENES

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1 PÔLE «TRANSMISSION DE LA VIE, HEREDITE» CELLULES, CHROMOSOMES, GENES Pré-requis Chapitre I Chromosome et caryotype Chapitre 2 Hérédité humaine Chapitre 3 Génétique moléculaire : expression de l information génétique Chapitre 4 Cycle cellulaire Chapitre 5 Processus tumoral et cancer

2 La cellule animale

3 Pré-requis : Ultra-structure cellule animale. 1 = réticulum endoplasmique lisse 2 = 1 centriole (2 centrioles forment le centrosome) 3 = nucléole 4 = chromatine 5 = enveloppe nucléaire 6 = pore nucléaire 7 = noyau 8 = lysosome 9 = appareil de golgi 10 = cytosol 11 = ribosomes 12 = membrane plasmique 13 = cytosquelette 14 = réticulum endoplasmique granuleux 15 = mitochondrie

4 Compléter l organigramme représentant l organisation générale d une cellule animale. nucléole

5 Les centrioles Les organites cytoplasmiques décrits jouent un ou plusieurs rôles précis dans la cellule. Compléter le tableau suivant :

6 L ultra-structure du noyau. Nommer l élément nucléaire qui correspond à chaque description suivante :

7 Relier chaque élément nucléaire de la colonne de gauche à son rôle dans la colonne de droite. Attention il y a un intrus.

8 Prérequis : Organisation de la cellule animale SYNTHESE CYTOPLASME : Hyaloplasme ou cytosol Organites Ribosomes : réalisent la traduction, c est-à-dire la synthèse des protéines à partir des ARN messagers. REL : permet le métabolisme des lipides. Appareil de golgi : lieu de transformation des lipides en glycolipides et des protéines en glycoprotéines. Mitochondrie : lieu de synthèse de l ATP. Cytosquelette : donne la forme et la rigidité à la cellule, intervient dans le déplacement des organites et dans la division cellulaire. Lysosome : contient des enzymes capables de dégrader les organites cytoplasmiques endommagés. Centrosome : participent à la division cellulaire. NOYAU : Chromatine : support de l information génétique Nucléole : site de production des ARN des ribosomes

9 Pré-requis Organisation de la cellule animale MOTS CLES Membrane plasmique Cytoplasme noyau

10 Chapitre I Chromosome et caryotype I 1 CARYOTYPE I 1.1 Technique du caryotype en cytogénétique classique (= étude des chromosomes). I 1.2 Caryotype humain normal I 1.3 Aberrations chromosomiques (ou anomalies chromosomiques). I Les anomalies concernant le nombre de chromosomes. I Les anomalies de structure des chromosomes. I 1.4 Indications du caryotype I2 STRUCTURE ET ULTRASTRUCTURE DU CHROMOSOME I3 LE GENOME ET LES GENES

11 Définition du CARYOTYPE LE CARYOTYPE est l équipement chromosomique (nombre et forme des chromosomes) caractéristique d une espèce.

12 Culture cellulaire présentant des cellules en division ou mitose Synchronisation et blocage des mitoses en métaphase par le colchicine permet de visualiser les chromosomes Dispersion des chromosomes par éclatement des cellules soumises à une solution isotonique Fixation et coloration des chromosomes Observation et classification des chromosomes par paire en fonction de leur taille et de leurs bandes. Chapitre I Chromosome et caryotype RÉALISATION D UN CARYOTYPE

13 CHAPITRE I CHROMOSOME ET CARYOTYPE I1 CARYOTYPE SYNTHESE LE CARYOTYPE : est l équipement chromosomique (nombre et forme des chromosomes) caractéristique d une espèce. I1.1 TECHNIQUE DU CARYOTYPE EN CYTOGENETIQUE CLASSIQUE : o Réaliser une culture cellulaire de cellules nucléées : - chez l adulte : globules blancs - chez le fœtus : cellules fœtales prélevées dans le liquide amniotique o Bloquer les divisions cellulaires en métaphase par ajout de colchicine o Colorer, observer les Chr. o Classer les Chr par paires d après leur taille (du plus grand au plus petit), la position de leur centromère et de leurs bandes colorées.

14 MOTS CLES CHROMOSOME en métaphase (= étape de la mitose) CARYOTYPE

15 Chromosomes métaphasiques humains Constriction primaire Observation au microscopie électronique à balayage Schéma d un chromosome métaphasique

16 AMNIOCENTESE

17 CARYOTYPE HUMAIN NORMAL Les cellules somatiques sont diploïdes : 2n = 46 présentent 23 paires de chromosomes homologues. 22 paires d autosomes 1 paire de chrx sexuels ou gonosomes X et Y Formule chromosomique : Chez l homme : 46, XY. Chez la femme : 46, XX

18 LES TECHNIQUES DE CYTOGENETIQUE MOLECULAIRE, utilisent des sondes ADN combinant des marqueurs fluorescents, permettent d obtenir une coloration spécifique pour chaque paire de chromosomes et une identification précise du contenu de chaque chrx.

19 CHAPITRE I CHROMOSOME ET CARYOTYPE SYNTHESE I1.2 CARYOTYPE HUMAIN NORMAL : o Cellules somatiques diploïdes : 46 chromosomes soit 23 paires : 22 paires d autosomes + 1 paire de Chr sexuels ou gonosomes Formule chromosomique d 1 homme = 46, XY Formule chromosomique d 1 femme = 46, XX o Cellules germinales (spermatozoïdes ou ovocytes) haploïdes : 23 chromosomes. Formule chromosomique d 1 gamète masculin = 23, X ou 23, Y Formule chromosomique d un gamète féminin = 23, X

20 MOTS CLES CELLULE SOMATIQUE (du corps) : 46 Chr CELLULE GERMINALE (= spermatozoïde ou ovocyte) : 23 Chr FORMULE CHROMOSOMIQUE AUTOSOMES GONOSOMES

21 I 1.3 Aberrations chromosomiques ou anomalies chromosomiques Accidents affectant le nombre de chromosomes suite : à des non-disjonctions chromosomiques au cours des méioses de formation des gamètes. à des non-disjonctions des chromatides ou pertes de chromosomes durant les mitoses de formation de l œuf. Trisomie = 47 chrx Monosomie = 45 chrx Accidents affectant la structure des chromosomes suite à des cassures survenant au cours des méioses permettant la formation des gamètes. Les délétions Les translocations Les inversions 21

22 I Aberrations chromosomiques concernant le nombre de chromosome Polyploïdies : triploïdies (3n = 69) tétraploïdies (4n = 92) responsables d avortements spontanés : embryons non viables. Aneuploïdies : anomalies portant sur un seul chromosome. trisomies : caryotype présente 1 chrx surnuméraire soit 47 chrx Monosomie : caryotype présente 1 chrx de moins soit 45 chrx

23 Aberrations chromosomiques les plus fréquentes

24 Syndrome de Down ou trisomie 21 Caryotype standard d un enfant présentant une trisomie 21 libre et homogène (95% des trisomies 21) :

25 Caryotype standard d un syndrome de Klinefelter (environ 1 homme sur 1000) : formule chromosomique = 47,XXY

26 I Les anomalies de structure des chromosomes sont dues à des cassures des chrx au cours de la formation des gamètes Délétions Perte de matériel génétique Translocations Inversions Pas de perte de matériel génétique

27 Trisomie 21 par translocation. La disparition des bras courts de l 1 des chrx 14 est sans conséquence, car elle porte sur une région de chrx codant pour des ARN ribosomiques, retrouvée sur plusieurs chrx.

28 I 1.4 Indications du caryotype : diagnostic prénatal 80% des prescriptions de caryotype concernent le diagnostic de trisomie 21 Syndrome de Down ou trisomie 21 regroupe différents symptômes : Dysmorphie au niveau de la tête, des membres (mains larges aux doigts courts avec 1 seul pli palmaire) Malformations cardiaques (50% des cas) Encéphalopathie : retard psychomoteur

29 I1.3 Aberrations chromosomiques (ou anomalies chromosomiques) SYNTHESE I LES ANOMALIES CONCERNANT LE NOMBRE DE CHR. Elles portent sur 1 seul Chr : ce sont des aneuploïdies. Elles sont dues à une non-disjonction des Chr au cours de la formation des gamètes parentaux (méiose). Trisomie : le caryotype présente 47 Chr soit 1 chromosome surnuméraire (1 Chr de trop) Trisomie 21 ou syndrome de Down = 47, XX + 21 ou 47, XY + 21 Syndrome de Klinefelter = 47, XXY Syndrome de Jacob = 47, XYY Monosomie : le caryotype présente 45 Chr soit 1 chromosome de moins. Syndrome de Turner = monosomie X : 45, X I LES ANOMALIES CONCERNANT LA STRUCTURE DES CHR. Elles sont dues à des cassures de Chr qui apparaissent au cours de la formation des gamètes parentaux (méiose). Délétions Translocations inversions

30 MOTS CLES Anomalies de nombre : o Syndrome de Down (trisomie 21), o Syndrome de Klinefelter, o Syndrome de Turner. Anomalies de structure : o Délétions o Translocations o Inversions

31 Dépistage prénatal de la trisomie 21 Dépistage systématique des grossesses à risque quelque soit l âge de la mère : Dosages d hormones dans le sang maternel entre la 14 ème et la 17 ème semaine d aménorrhée. : gonadotrophine chorionique = hcg, alpha foetoprotéine œstriol libre Test fiable dans 70% des cas. Échographie : recherche de la clarté nucale à la 10 ème semaine.

32 Dépistage prénatal de la trisomie 21 Caryotype du fœtus si la mère est âgée de plus de 38 ans. Les cellules fœtales sont prélevées par amniocentèse entre la 16 ème et la 17 ème semaines de grossesse.

33 I 1.4 Indications du caryotype SYNTHESE Le caryotype est surtout prescrit dans le cadre d un diagnostic prénatal. Essentiellement pour le diagnostic de trisomie 21, chez les femmes de plus de 38 ans et pour toutes les grossesses dépistées à risque suite aux dosages sanguins d hormones et à l échographie de la 12 ème semaine.

34 Diagnostic prénatal MOTS CLES

35 I2 STRUCTURE ET ULTRASTRUCTURE DU CHROMOSOME Différents états du matériel génétique au cours de la vie d une cellule eucaryote. a : chromatine (MET x 37500) b : chromosome métaphasique (MET x 8200)

36 LA CHROMATINE EST CONSTITUEE DE NUCLEOFILAMENTS OU FILAMENTS NUCLEOSOMIQUES Chaque filament de chromatine ou nucléo filament est constitué : 1 longue chaîne d ADN Protéines = histones Nucléosome = amas de 8 histones + ADN

37 DE L ADN AU CHROMOSOME METAPHASIQUE

38 EUCHROMATINE = chromatine peu condensée qui présente une activité transcriptionnelle. HETEROCHROMATINE = chromatine condensée (structures solénoïdes) inactive au niveau transcriptionnel.

39 I2 STRUCTURE DU CHROMOSOME SYNTHESE Un Chr est constitué de chromatine à l état condensé. La chromatine est un assemblage d ADN et de protéines, les histones. Cet assemblage constitue un filament de chromatine ou nucléofilament, appelé aussi le collier de perles. ADN + 8 histones = 1 nucléosome (une perle du collier). Au moment de la mitose la chromatine se condense en Chr, visible au microscope optique, constitué de 2 chromatides identiques Télomères 1 chromatide centromère 1 bras

40 MOTS CLES Chromatine condensée nucléofilament Nucléosome histones

41 ADN = ACIDE DESOXYRIBONUCLEIQUE polymère de nucléotides Chaque nucléotide est lui-même formé de 3 composants : Une base azotée : 4 types de bases azotées forment un nucléotide, l adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T). Un sucre : le désoxyribose. Un groupement phosphate.

42 ADN : molécule bi caténaire = double chaîne de nucléotides

43 ADN Liaisons hydrogènes

44 I2 ULTRASTRUCTURE DU CHROMOSOME SYNTHESE ADN : chaîne bicaténaire Polymère de nucléotides. P = acide phosphorique ou phosphate S = glucide = désoxyribose 1 nucléotide B = base azotée,4 bases : A = adénine T = thymine C = cytosine G = guanine 5 P_ S _ P _ S _ P _ S 3 B B B B B B liaisons hydrogène 3 S _ P _ S _ P _ S _ P 5 Complémentarité des bases : A T C G

45 MOTS CLES ADN = polymère de nucléotides 1 Nucléotide = o acide phosphorique ou phosphate o désoxyribose o 4 bases azotées : A = adénine T = thymine C = cytosine G = guanine

46 I3 LE GENOME ET LES GENES Allèles : différentes formes (versions) d un même gène. (modification de la séquence des nucléotides)

47 I3 LE GENOME ET LES GENES SYNTHESE Les chromosomes portent les gènes. Gène : unité d information génétique, correspondant à une séquence d ADN d un Chr, codant pour la synthèse d une protéine ou un peptide. Génome : totalité des gènes contenue dans une cellule. Locus : emplacement d un gène sur un chromosome. Allèles : différentes formes d un même gène, et occupant le même locus sur les Chr homologues.

48 MOTS CLES Gène Génome Locus allèle