Noyau interphasique & cycle cellulaire

Chapitre VII Noyau interphasique & cycle cellulaire Par Dr A. DEKAR CBM - Dergana

PLAN GENERALITES I- L ENVELOPPE NUCLEAIRE I-1- Ultrastructure I-2- Composition chimique I-3- Rôles I-4- Biogenèse II- LA CHROMATINE II-1- Techniques d etude II-2- Rôles II-3- Biogenèse III- LE NUCLEOLE III-1- ultrastucture IIII-2- Rôles III-3- biogenèse

matériel génétique (ADN) Interphase Mitose Noyau Chromosomes

Interphase Noyau= Compartiment intracellulaire renfermant le matériel génétique (ADN) Noyau = Caractéristique des organismes Eucaryotes Observation en M.Ph = masse fortement colorable

Dans une cellule en division, Lle génome prend la forme de Chromosomes

Présence / absence de noyau : les cellules nucléées & anucléées

Cellules bi et plurinucléées Hépatocytes Cell. Musculaire striée

La forme du noyau suit celle de la cellule qui le porte

Forme et position du noyau / cellule Arrondi / central Allongé / périphérique Sphérique / basal Cell. Cardiaque Adipocyte Acinus pancréatique Est fonction du type et de l état d activité cellulaire

Le rapport nucléo cytoplasmique : un critère d identification de cellules tumorales V n / V cy Élevé à l état embryonnaire V cy = V cell - Vn Tumorisation Vn / V cell-vn Faible à l état différenciée (adulte )

Un RNP élevé dans un tissu adulte est un indice de transformation tumorale des cellules Le RNP est spécifique à chaque tissu Cellules normales Cellules tumorales RNP élevé

Modifications de la forme, de la taille et du nombre de noyaux = signe de transformation tumorale Anisocaryose (noyaux de formes et de tailles ) Augmentation du rapport nucléocytoplasmique

Composantes ultrastructurales du noyau Enveloppe nucléaire Chromatine Nucléole contenus dans le Nucléoplasme *

Chromatine Pores nucléaires Enveloppe nucléaire Nucléole

Nucléoplasme *: milieu intranucléaire Eau + ions Lamines A,B,C protéines du nucléosquelette Réseau NuMa Réseau périnucléaire pour la fixation de la chromatine à l EN Soutien structural et fonctionnel de l ADN

NOYAU INTERPHASIQUE GENERALITES I- L ENVELOPPE NUCLEAIRE I-1- Ultrastructure I-2- Composition chimique I-3- Rôles I-4- Biogenèse

Enveloppe nucléaire, une citerne spécialisée du RE

L enveloppe nucléaire: une citerne spécialisée du RE. Sa double membrane discontinue porte les complexes du pore

Techniques de mise en évidence Coupes minces MET Répliques MEB

Composants de l enveloppe nucléaire Membrane externe Tristratifiée Porte des ribosomes En continuité avec le RE Espace périnucléaire ± large/ f( activité) Lieu de Stockage des Produits sés Pore nucléaire Complexe du pore Membrane interne Tristratifiée Tapissée de Lamines A,B,C (Lamina)

Visualisation du pore en MET

PLAN GENERALITES I- L ENVELOPPE NUCLEAIRE I-1- Ultrastructure I-2- Composition chimique I-3- Rôles I-4- Biogenèse

Architecture moléculaire du complexe du pore Répliques passant par les complexes du pore : 8 bras radiaires / canaux Latéraux + un canal centrale

Aspect tridimentionnel du pore nucléaire au sein de l enveloppe (voir schéma 2 P )

Composition moléculaire des membranes Membrane externe Membrane interne Translocon R-SRP Pepase signal ATPase Ca++ N-glycosyl transferases BIP PDI Glucose 6phosphatase R-Lamines R-histones Canal -Ca++ - IP3 dépendant

Vue en perspective du complexe du pore: des nucléoporines organisés en 3 anneaux ( voir tirage)

Vue de face à partir du cytosol

Vue en coupe du complexe du pore et les composants moléculaires de l enveloppe

Les nucléoporines principaux composants moléculaires du complexe du pore

Fonctions de l enveloppe Complexe du pore Double membrane Échanges Nucléo-cytoplasmiques Mêmes fonctions que le RE

Échanges Nucléo-cytoplasmiques Passifs Actifs Les 8 Canaux latéraux Le canal central Importations = entrées exportations = sorties

Exercice: orientrer la structure et nommer les composants de l enveloppe nucléaire

Le transport à travers le canal central se fait en 4 étapes

Molécules importées Protéines Structurales Enzymatiques Lamines, Histones, Nucléoporines, NES Protéines ribosomiques (Small & Large) Polymérases I, III Enz. Régulation du génome Enz. Clivage : endonucléases

Mécanisme de l importations à travers le canal central NLS Protéine avec NLS masqué Protéine avec NLS masqué Complexe NLS-BP

Molécules exportées ARNs RiboNucléoProtéines AR N m ARN t Sous unités ribosomales HSP SRP

Mode d exportations à travers le canal central

Biogenèse de l enveloppe : un phénomène lié au cycle cellulaire

Processus de biogenèse de l enveloppe nucléaire

Au MET la chromatine se présente sous deux aspects : clair et dense

Coupes minces + coloration positive Chromatine dense Hétérochromatine Chromatine claire Euchromatine Abondante / cellules peu actives Leucocytes Macrophages Fibrocytes Cell.endothéliale Abondante / cellules très actives Cell nerveuses Cell. Glandulaires

Hétérohromatine Hétérohromatine Nucléoassociée Hétérohromatine Périphérique Hétérohromatine dispersée Hétérochromatine Constitutive Hétérochromatine Facultative Jamais transcrite Transcription selon les besoins de la cellule

Noyaux riches en hétérochromatine Macrophages Cell.endothéliale

Euchromatine Localisée dans le reste du nucléoplasme finement granuleuse toujours transcrite

Noyaux riches en Eurochromatine Cell. Glandulaires Cell. nerveuses

Aspect ultrastructural du noyau (voir tirage)

Coupes minces + autoradiographie Met en évidence l activité de la chromatine Uridine * ( précurseur ARN) Incorporation précoce dans l Euchromatine Incorporation tardive dans l hétérochr. Facultative thymidine*(précurseur ADN) Incorporation précoce dans l euchromatine Incorporation tardive dans hétérochroimatine Euchromatine + Hétéroch. Facul.= Génétiquement actives Euchromatine / réplication précoce Hétérochromatine / réplication tardive

Observation d un noyau sur coupes minces après autoradiographie (en phase S): mise en évidence de la réplication

Chromatine isolée + coloration négative: organisation moléculaire Fibrilles de 10 à 11 nm de Ø Fibrilles de 20-30nm de Ø Fibre A = fibre nucléosomique = fibre en zigzag (collier de perles ) Fibre B = fibre épaisse

Architecture moléculaire des composants de la chromatine Fibre B Fibre A

Composants moléculaires de la chromatine Euchromatine formée de: Hétérochromatine formée de: Fibres nucléosomiques Fibres solenoïdes Fibre A Fibre B

Composants moléculaires de la chromatine Nucléosomes Cœur d histones 2(H2A,H2B, H3,H4) Fibre A + 1 + ¾ de tours d ADN Lien internucléosomique ADN nu Histone H1 de verrouillage Fibre B Fibre A + Protéines non Histones

Architecture moléculaire de la fibre nucléosomique (fibre A)

Organisation moléculaire du cœur nucléosomique Lien internucléosomique Nucléosome

compaction de la fibre chromatinienne selon le modèle solénoïde

Spiralisation de la fibre A en solénoïde par association à des protéines non histones

Degrés de compaction de l ADN et formation des variétés de chromatine

L association des protéines non histones à l ADN contrôle les états chromatine et chromosomes du génome

La biogenèse de la chromatine est régulée par le cycle cellulaire Prophase. Métaphase Compaction de la chromatine Formation des chromosomes Reconstitution de la chromatine Télophase Décondensation des chromosomes

Nucléole

Les nucléoles naissent à partir des constrictions secondaires

ADN des constrictions II res des 5 paires de chromosomes acrocentriques 13,14,15, 21 22 ADN organisateur nucléolaire Transcription 3 ARN ribosomiques: 18S,5,8S, 28S

Aspect détaillé d un nucléole naissant Centre Fibrillaire Chromatine nucléoassociée

Un nucléole peut comporter plusieurs CF

Biogenèse des nucléoles 5 paires de chromosomes acrocentriques 10 Constriction II aire Fin de la division ( télophase) ADN organisateur nucléolaire Décondensation des chromosomes Regroupement des organisateurs et formation de centre(s )fibrillaires( s) C est la naissance d un nucléole

Les composants Ultrastructuraux d un nucléole sont l expression de son activité

Les éléments constitutifs du nucléole reflètent son activité. Mitose Interphase Disparition du nucléole par condensation de son ADN Décondensation de l ADN nucléolaire et réapparition du nucléole

Représentation schématique des composants ultrastructuraux du nucléole (voir P )

L ADN Organisateur nucléolaire code pour 3 des ARN ribosomiques (voir P ) L ADN des constrictions comporte 20 copies du même gène

Unités de transcription des génes nucléolaires sont situées à la limite CF-CFD

Voir P.

La transcription de l ADNr et la maturation des transcrits donne la structure ségréguée du nucléole Espaceurs intergéniques ADN r Espaceurs intragéniques tous les ARNr + protéines ribosomales + Sous unités ribosomales Unité de transcription * *CF * * CG ARN 45S + ARN Polymérase * CFD

Biogenèse des sous unités ribosomales Maturation

Noyau cytosol Nucléole Chromatine ARN r 18S,28S,5,8S ARNr 5S Protéines ribosomales Small et large Protéines ribosomales Small et large Assemblage en ribonucléoprotéines: les deux sous unités ribosomales Importation vers le noyau Origine des et composants moléculares des ribosomes

Assemblage des ARNr et des protéines ribosomales dans le Nucléole et le noyau

Les sous unités ribosomales se forment dans le composant granulaire du nucléole Petite sous unité 40S Grosse sous unité 60S ARN r 18S + 30 protéines Small ARNr 28S + 5,,8 S + 5 S + 40 Protéines Large Exportation vers le cytoplasme

PROCARYOTES Composants moléculaires des ribosomes EUCARYOTES

Composants moléculaires des sous unités ribosomales élément structural PROCARYOTES EUCARYOTES Grosse S/U 50 S: ARNr (23S + 5S) 31 à 34 protéines L Petite S/U 30S: ARNr 16S 21 protéines S 60S: ARNr (28S + 5.8S + 5S) 45 à 50 protéines L 40S: ARNr 18S 30 à 33 protéines S Ribosome assemblé (actif) 70S taille réduite, moins nombreux 80S taille plus grande, plus nombreux

Exportation des sous unités ribosomales nouvellement formées L assemblage des deux sous unités ribosomales se fait dans le cytosol par association à un ARNm

Modèle d association des deux sous unités ribosomales