Le Noyau de la Cellule Interphasique

I - Introduction sur le noyau

• La plupart des cellules eucaryotes sont mononucléées, mais certaines sont plurinucléées (ex: cellule musculaire squelettique, ostéoclaste).

• La forme du noyau est variable selon le type cellulaire : rond, ovale, réniforme, polylobé.

• Les hématies (globules rouges) sont des cellules sanguines anucléées. Elles perdent leur noyau et leurs organites lors de leur différenciation pour transporter l'oxygène. Les étapes de l'érythropoïèse ne feront pas l'objet de QCM.

• Le noyau est délimité par une enveloppe nucléaire, qui est un prolongement du RE. Elle sépare le nucléoplasme du cytoplasme.

• Les pores nucléaires (échanges +++) permettent les échanges entre nucléoplasme et cytoplasme.

• L'enveloppe nucléaire se désassemble pendant la MITOSE (sera vu au Semestre 2). Elle est présente en interphase.

• La taille du noyau est variable selon le type cellulaire et le stade de différenciation. Le Rapport NucléoPlasmique (RNP) est le volume relatif du noyau par rapport au volume de la cellule. Pour un type cellulaire donné, le RNP est généralement plus élevé dans une cellule peu différenciée que dans une cellule différenciée.

• L'ANISOCARYOSE (taille variable du noyau d'une cellule à l'autre pour un même type cellulaire et stade de différenciation = RNP augmenté) est un critère diagnostique de cancer.

• La coloration (contraste) des régions du noyau en microscopie électronique reflète l'état de condensation de la chromatine :
  

  • Régions claires : chromatine décondensée (peu compactée)

  • Régions denses : chromatine condensée (très compactée).

• La zone fortement condensée est le nucléole. Il est une région du nucléoplasme où sont fabriquées les sous-unités ribosomales. Un noyau peut posséder un ou plusieurs nucléoles.

II – Organisation de l'ADN dans le noyau

A- La chromatine et la compaction de l'ADN

• L'ADN « nu » n'existe pas dans la cellule. Il est toujours associé à des protéines :

  • Histones (petites protéines riches en acides aminés chargés +, très abondantes, très conservées, liaison à l'ADN chargé -). Il existe 5 types d'histones: H1, H2A, H2B, H3, H4. Les histones nucléosomiques sont H2A, H2B, H3, H4.

  • Protéines NON histones.

  Ces protéines permettent de « compacter » l'ADN de façon ordonnée. ADN + protéines associées = Chromatine.

• Niveaux de compaction de l'ADN :

  • 1er niveau : association avec histones nucléosomiques (octamère d'histones) → Nucléofilament (ou « collier de perles »). Cet ADN est fonctionnel, réplication et transcription possibles.
    Le nucléosome est l'unité élémentaire de la chromatine. Un nucléosome est composé d'un octamère d'histones (2x H2A, H2B, H3, H4) autour duquel s'enroule l'ADN (~1,8 tour, soit 146 pb). Environ 30 millions de nucléosomes dans le génome humain.

  • 2ème niveau : association des nucléosomes avec l'histone H1 → enroulement du nucléofilament en solénoïdes → fibre de 30nm. L'ADN n'est plus accessible à la transcription. Cette chromatine n'est pas fonctionnelle.

  • 3ème niveau : association avec protéines non histones → microconvules → fibre de 300nm.

  • Au moment de la MITOSE : enroulement des microconvules pour former les chromosomes (visibles uniquement à ce moment). Compaction x 10 000.

• La condensation (compaction) de la chromatine reflète l'activité de la cellule :

  • Chromatine peu condensée = cellule « active » (Transcription +++, Synthèse Protéique +++)

  • Chromatine très condensée = cellule « peu active » (Transcription +, Synthèse Protéique +)

• Le niveau de condensation de la chromatine dépend des modifications post-traductionnelles des histones (acétylation, méthylation, phosphorylation) sur leur extrémité NH2 (histone tail), sur certains acides aminés cibles (Lysine et Sérine). Ce sont des modifications réversibles qui influencent la liaison à l'ADN et le degré de compaction, formant un « code histones » complexe. Ces modifications régulent l'expression des gènes (contrôle épigénétique).

  • Acétylation des histones nucléosomiques : Défavorise la liaison des histones à l'ADN, Favorise la transcription des gènes (chromatine décondensée = active).

  • Méthylation des histones nucléosomiques : Favorise la liaison des histones à l'ADN, Défavorise la transcription des gènes (chromatine condensée = inactive).

• Dans le noyau interphasique, les chromosomes ne sont pas dispersés au hasard dans le nucléoplasme, mais occupent des territoires chromosomiques. Le FISH (Hybridation In Situ Fluorescente) permet de les visualiser.

• Ces territoires chromosomiques contiennent des boucles fonctionnelles de chromatine (régions d'ADN décondensées pour la transcription) et des zones entre les territoires chromosomiques (où se déroule la maturation des ARNm).

• Les pores nucléaires permettent l'exportation des ARNm vers le cytoplasme.

• Les MAR (Matrix Attachment Region) sont des régions de l'ADN se liant aux filaments du nucléosquelette.

B- Le nucléole

• Le nucléole est le site de fabrication des sous-unités ribosomales.

• Il est le site de transcription de 3 des 4 ARN ribosomaux (ARNr) : les ARNr nucléolaires (ARN 5,8S - ARN 18S - ARN 28S). NB: les ARNr 5S sont transcrits en dehors du nucléole.

• Il est le site de maturation des ARNr nucléolaires.

• Il est le site « d'assemblage » des sous-unités ribosomales : assemblage des ARNr avec protéines ribosomales pour former les petites et les grosses sous-unités des ribosomes.