Chromatine et Chromosomes Eucaryotes

Acides Nucléiques, Chromatine et Chromosomes

1. Introduction à la Chromatine

L'ADN humain est extrêmement long (environ 1,8 m déroulé). Pour tenir dans un noyau de , il doit être hautement compacté.

Cette compaction s'effectue par enroulement de l'ADN sur des protéines pour former la chromatine, une structure très dense. La compaction est hiérarchisée.

La chromatine est un complexe nucléoprotéique dynamique, composé d'ADN et de protéines histones, dont l'état varie selon le cycle cellulaire.

2. États de la Chromatine en Interphase

Dans les cellules eucaryotes en interphase, la chromatine se présente sous deux formes :

• Euchromatine (chromatine dispersée) :

  • Claire et diffuse.

  • Riche en gènes et transcriptionnellement active.

• Hétérochromatine (chromatine condensée) :

  • Foncée.

  • Peut être :

    • Constitutive : Toujours condensée, inactive, ne contient pas de gènes.

    • Facultative : Son niveau de condensation varie (active/inactive) et elle contient des gènes.

3. Structure du Nucléosome : L'Unité de Base

Le nucléosome est la première et unité de base de la chromatine.

• Particule cœur :

  • 146 paires de bases (pb) d'ADN enroulé sur tour.

  • Autour d'un octamère protéique d'histones (deux exemplaires de H2A, H2B, H3, H4).

  • Les histones sont des protéines basiques, chargées positivement, interagissant avec l'ADN (chargé négativement) pour la compaction.

• ADN de liaison (ou internucléosomale) :

  • De 15 à 55 pb, reliant les particules cœurs.

  • L'histone H1 s'associe à cet ADN de liaison.

• Chromatosome : Nucléosome + histone H1 extranucléosomale.

4. Niveaux d'Organisation de la Chromatine

1. Nucléofilament (ou "collier de perles"):

   • Premier niveau d'organisation.

   • Formé de nucléosomes espacés par l'ADN de liaison, diamètre de 11 nm.

   • Réduit la longueur de l'ADN d'un facteur de 6.

2. Fibre de 30 nm (ou solénoïde) :

   • La fibre de 11 nm s'enroule en hélice, diamètre de 30 nm.

   • Environ 6 nucléosomes par tour, stabilisés par l'histone H1.

   • Réduit la longueur de l'ADN d'un facteur de 40.

3. Boucles Radialales (ou fibre de 300 nm) :

   • Les fibres de 30 nm se replient en boucles géantes (jusqu'à pb).

   • Maintenues par un squelette central ("échafaudage central" ou Scaffold) fait de protéines fibreuses.

4. Rosettes et Chromatides :

   • Le super-enroulement des boucles de 300 nm forme des "rosettes".

   • L'empilement de rosettes (30 rosettes) forme la chromatide du chromosome mitotique (700 nm).

5. Chromosome Métaphasique :

   • Forme la plus condensée de la chromatine (1400 nm).

   • Représente le stade ultime d'organisation de l'ADN pendant la mitose.

5. Le Chromosome : Structure et Composition

Le chromosome métaphasique est la forme la plus compactée, visible pendant la division cellulaire. Il est composé d'ADN, de protéines histones et de protéines non histones en proportions similaires.

5.1. Caractéristiques Générales du Chromosome Humain

• En division cellulaire (métaphase), ils mesurent de à .

• Le chromosome 21 est le plus petit (environ millions de pb).

• Le chromosome 1 est le plus grand (jusqu'à millions de pb).

• L'ADN total déroulé d'une cellule représente 1,8 m (deux jeux de chromosomes).

5.2. Caryotype Humain

• Représentation ordonnée des chromosomes d'une cellule (forme, taille, nombre, répartition).

• Normalement : 46 chromosomes (23 paires).

  • 22 paires d'autosomes (numérotés de 1 à 22 par taille décroissante).

  • 1 paire de gonosomes (chromosomes sexuels) : XX chez la femme, XY chez l'homme.

5.3. Morphologie du Chromosome

Chaque chromosome métaphasique (à deux chromatides sœurs) possède :

• Une constriction primaire ou centromère : unit les deux chromatides sœurs et fixe le chromosome au fuseau mitotique.

• De part et d'autre du centromère :

  • Un bras court (bras p).

  • Un bras long (bras q).

• Télomères : extrémités des chromatides.

5.4. Types de Chromosomes selon la Position du Centromère

• Métacentrique : centromère au milieu (bras p et q de taille égale).

• Submétacentrique : centromère légèrement décalé (bras p plus court que bras q).

• Acrocentrique : centromère proche d'une extrémité (bras p très court, parfois sans gènes importants).

• Télocentrique : centromère à l'extrémité (non présent chez l'humain).

5.5. Télomères

• Séquences nucléotidiques particulières non codantes aux extrémités des molécules d'ADN chromosomique.

• Répétition d'une séquence courte, ex: TTAGGG ( à fois chez l'homme).

• Fonctions cruciales :

  • Protection des gènes aux extrémités du chromosome.

  • Empêche la fusion des chromosomes entre eux.

5.6. Séquences Répétées en Tandem

Longues séquences d'ADN non codantes, souvent associées à l'hétérochromatine, situées dans les régions centromériques, péricentriques et télomériques.

• Rôles :

  • Organisation et stabilisation des chromosomes.

  • Régulation de l'expression des gènes.

  • Marqueurs génétiques (forte variabilité interindividuelle).

• Types : Alpha satellite (unité de 171 pb, centromérique), Beta satellite (unité de 68 pb, péricentrique), Microsatellite (unité de 2-10 pb, dispersé), Minisatellite (unité de 10-100 pb, télomérique).

6. Composition Chimique Détaillée du Chromosome

6.1. Histones

• Protéines à faible poids moléculaire (11 à 21 Kd, sauf H1 et H5 : 22 Kd).

• Riches en lysine et arginine, ce qui les rend chargées positivement.

• Forte affinité pour l'ADN (chargé négativement).

• 5 types majeurs chez les eucaryotes : H1, H2A, H2B, H3, H4.

  • Des variantes existent, ex: H5 (globules rouges), H6 (sperme de poisson).

6.2. Protéines Non Histones

• Impliquées dans des processus cellulaires variés.

• Exemples :

  • Protéines contractiles (actine, myosine) : condensation/décondensation de la chromatine.

  • Protéines de réplication et restauration (ARN primase, ADN polymérases et ).

  • Protéines de transcription (ARN polymérases).

7. Analyse des Chromosomes

Les chromosomes sont analysés en métaphase de la mitose :

• Généralement après blocage de la division par la colchicine.

• Après coloration au Giemsa (bandes G ou G-banding) qui révèle des bandes sombres et claires spécifiques :

  • Bandes G : zones riches en A-T (sombres).

  • Bandes R : zones riches en G-C (claires).

• La méthode de Feulgen colore spécifiquement l'ADN en rouge (magenta).