PLAN

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PLAN

• I. Support et organisation de l'IG
• II. Mécanismes moléculaires de conservation de
  l'IG
• III. Mécanismes moléculaires de l'expression de
  l'IG
• IV. Transmission de l'IG lors de la mitose

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I. Support et organisation de l'IG

• A. Support moléculaire de l'IG
• B. Organisation fonctionnelle des génomes
• C. Support cellulaire de l'IG

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A. Support moléculaire de l'IG les acides
nucléiques B. Organisation fonctionnelle des
génomes
1- Le génome bactérien circulaire
4
1- Le génome bactérien circulaire
a) Condensation dans le nucéloïde
- Taille 4.2 106 pb - Double hélice (double
brin) - Par superenroulement (topoisomérase
ajoute ou défait les vrillages lt0
naturellement gt0 artificiciellement ou
temporaire) - ? 2 à 4 copies du chromoïde (dans
cellule en croissance) - Associé à protéines
(différentes des histones eucaryotes)
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a) Condensation dans le nucléoïde b) Cartographie
du génome
? Mesure des cinétiques de réassociation de l'ADN
6
Cinétique de réassociation de l'ADN dC/dt
-kC2 C concentration des séquences simple brin
au temps t k constante d'association Noter le 0
de l'axe des ordonées et la représentation
logarithmique de l'axe des abscisses
7
? Toutes les séquences chez E. coli sont uniques
(4,2.106 bp) 900 gènes dont 7 codant pour ARNr et
prot ribosomiales (proche oriC).
8
les gènes bactériens peuvent être
polycistroniques ex opéron lactose
9
(No Transcript)
10
- Cas des Plasmides (? 50/cell) codent pour
gènes qui confèrent proprio particulières Ex
conjugaison émission de pili sexuels
résistance aux antibiotiques etc.
Mésosome
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a) Condensation dans le nucéloïde b) Cartographie
du génome c) Fluidité du génome les gènes
sauteurs
- 1940 Mee sur Maïs (couche à aleurone bigarrée)
par Barbara Mac Clintock
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c) Fluidité du génome les gènes sauteurs
- mécanisme IR inversée répétés encadrant
séquence codant pour une transposase (ne
s'exprime qu'une fois et déclenche insertion sur
zone cible de la copie, le transposon mère reste
à sa place
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c) Fluidité du génome les gènes sauteurs
- ? transposons plus complexes Ex Tn1688 avec
deux transposons simples encadrant le gène de la
toxine thermostable d'E.coli. -
Conséquence mutations, inactivation ou
réactivation de gènes (cancerigenèse)
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B. Organisation fonctionnelle des génomes
1- Le génome bactérien circulaire 2- Le génome
extranucléaire mitochondrial et chloroplastique
a) Des molécules circulaires
c1) Cas des chloroplastes 154000nt 2 séquences
répétées et inversées (25000 pb) encadrent une
séquence unique courte (Short Single Copy, 18000
pb) et une séquence unique longue (Long Single
Copy, 86000 pb)
c2) Cas des mitochondries - 84000 pb chez levures
- 16500 pb chez humains - Introns chez
levures (ex. cytochrome b 6 cytochrome oxydase
7 Pas chez humains
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5 mm et 16569pb chez l'Homme (mais 84 000 chez
levure! ) 107 daltons (très petit par rapport aux
3.109 pb nucléaire) 300 et 500 mitochondries /
cell. environ 100 molécules dADN mt / mito.
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a) Des molécules circulaires b) Coopération
génome nucléaire / extranucléaire
c2) Cas des mitochondries ex de l'ATPsynthétase
des mitochondries (et chloroplastes) - dans Fo
I et III chloroplastiques II cytoplasmique -
dans F1 a, b, e chloroplastiques g, d
cytoplasmiques
c1) Cas des chloroplastes - ex des
photosystèmes - antenne collectrice
cytoplasmique - PSI et PSII chloroplastiques
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1- Le génome bactérien circulaire 2- Le génome
extranucléaire 3- L'ADN génomique des Eucaryotes
linéaire, surenroulé en chromosome
a) Des séquences d'ADN plus ou moins répétées
18
(No Transcript)
19
- Interprétation - Chez Procaryotes et génome
extranucléaire, tout l'ADN est fonctionnel (temps
proportionnel à complexité et nb de
pb) - Chez Eucaryotes il existe une
grande partie du génome non transcrit ? rôle?
20
Séquences fortement répétées - Très petites
taille ( 60 pb) - Fonction? - 2 Types -
séquences dispersées (régulateurs de
transcription?) - séquences regroupées
21
ADN satellite - disposition distinguable en
gradient de ClCs - Séquences riches en A
(GAAAAA...) Séquences télomériques - Dans
régions terminales de l'ADN - (TTTGGG)n fois ?
hétérochromatine (10 du l'ADN) toujours
condensée, même pendant interphase séquences
constitutives des - centromères, - centre
organisateurs nucléolaires
22
(No Transcript)
23
(No Transcript)
24
Séquences moyennement répétées ? Séquences à
fonction inconnue - SINE Short INterspersed
Éléments de 200 à 300 pb - LINE Long
INterspersed Éléments de 5000 à 6000 pb
25
Séquences moyennement répétées ? Séquences à
fonction connue - code pour produits de la
transcription ARN ribosomiaux ou de
transfert - code pour protéines histones
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Séquences très répétées Séquences moyennement
répétées Séquences uniques ? Familles
multigéniques gènes différents mais qui donnent
des polypeptides très proches (qui exercent
fonction voisines au cours de la vie cellulaire
mais pas au même moment Ex gènes de globine,
d'actine (10 à 20 gènes), de myosine, de
tubuline, de kératine ? Théorie brownienne
("aléatoire" ou "statistique") de génétique un
gène a d'autant plus de chance d'être transcrit
qu'il est proche d'une gène transcrit
27
Moins de 100kb
28
Plus de 100kb
29
a) Des séquences d'ADN plus ou moins répétées b)
Un génome morcelé
- Mise en évidence d'une maturation des ARNm chez
les eucaryotes exp. ARNm d'ovalbumine chez
cellules oviducte de poule cf epissage des
introns au niveau des pores nucléaires ? épissage
alternatif. Notion de transcriptome
démultiplication des transcrits (par épissage
alternatif) 100 000 transcrits différents pour
25000 gènes (pas tous exprimés dans un type
cellulaire donné)
30
(No Transcript)
31
Modélisation de l'intervention des SNURP U1 à U6
dans l'épissage des introns
32
- Notion de génome (à distinguer d'ADN nucléaire)
ensemble des gènes. Rappels - ADN satellite
hétérochromatine 10 de l'ADN nucléaire - ADN
répété dispersé 20 de l'ADN nucléaire - ADN
parfois considéré comme "poubelle" plus de 50
de l'ADN nucléaire mais jouant le rôle
d'espaceurs (vision statistique du
transcriptome) - ADN transcrit en ARNprém
génome (25 000 gènes chez l'Homme) 5 à 7 de
l'ADN nucléaire ? Environ 40 seulement des
gènes du génome sont transcrits dans un type
cellulaire soit 2 à 3 de l'ADN nucléaire
33
a) Des séquences d'ADN plus ou moins répétées b)
Un génome morcelé c) De l'ADN associé à des
protéines la chromatine
Définition simplifiée de la chromatine - Forme
sous laquelle l'ADN nucléaire est associé aux
protéines histones. NB ADN absolument nu
n'existe pas, ni chez les Procaryotes (pseudohis
tones et/ou autres protéines acides) ni chez
les Eucaryotes, ni chez les acaryotes (Virus
prot SSB sur ADN simple brin, par ex.).
34
(No Transcript)
35

• Caractérisation de la chromatine
• Méthode d'étude de la chromatine
• - Caractérisation difficile de l'état natif de la
  chromatine
• isoler purifier
• - Chromatine insoluble dans les tampons
  physiologiques
• - Quand sels ? dissociation des protéines
  ?dénude l'ADN ? visqueux (brin long)
• - Nécessité de couper physiquement l'ADN
  ultrasonication
• (on ne sait pas trop ce qu'on a perdu)

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• Composition de la chromatine
• ADN purifié 30 (en masse)
• Protéines histones 40
• Type PM ( D) Nb d'aa Rapport Lys/Arg
• H1 23 000 216 aa 10 prot très basique
• H2a 14 000 129 aa 1,2
• H2b 13 700 105 aa 2,5
• H3 15 300 135 aa 0,7
• H4 11 000 102 aa 0,8
• ? Toutes sont basiques
• Pas spécifiques de l'espèce (2 aa différents
  entre pois et souris)

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• Protéines non histones 25
• - Toutes sont neutres ou acides
• - 300 types différents
• - Imparfaitement connues
• - Rôles (?)
• structural (charpente, centre organisateur du
  nucléole, des
• kinétochores, du centrosome , des extrémités
• télomériques)?
• Transcription?
• Maturation des ARN?

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• ARN 5
• - rôle fonctionnel
• - rôle structural ?
• Ex Implication dans la formation de HC
• Cas de l'HC centromérique caractérisée par
  forte concentration d'histone H3 méthylée et de
  protéines HP1 hétérochromatiques de structure
• Après incubation avec de la RNAse A ?
  délocalisation des HP1

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a) Des séquences d'ADN plus ou moins répétées b)
Un génome morcelé c) De l'ADN associé à des
protéines la chromatine d) Les différents états
de la chromatine nucleofilament ? condensé
- décondensée pendant interphase - condensée
pendant mitose K métaphasique (assure
réplication conforme et protection mécanique au
cours de la ségrégation des lots de gènes)
40
(No Transcript)
41
Filament de chromatine X 125 000
42
d1) Structure décondensée de la chromatine le
nucléofilament (fibre nucléosomique) une
molécule d'ADN associée à des protéines histones
basiques ? Mise en évidence de l'organisation en
nucléosomes du nucléofilament
Filament de chromatine X 125 000 marqué au
tétroxyde d'osmium OsO4
43
- microscope électroniqueME chaînes de
particules accolées de ? 11nm (27 à 30 nm
fonction de la présence ou non de H1.
NaCllt0,3M - Spectre de diffraction aux RX
période 100Å (10 nm) (? périodicité de l'ADN ou
des histones) - Réalité fonctionnelle toutes
les endonucléases (foie de rat, staphylocoque...)
coupent le nucléofilament environ toutes les 200
pb (du à propriété du nucléofilament et non des
endonucléases) - Étude des associations
ADN/histones par pontage chimique
44
Conséquences physiologiques lors de la
réplication, l'ADN s'ouvre tous les 200pb
45
? Association des histones
Acétylations des histones néosynthétisées H4 sur
les lysines K5/K12 Assemblage des histones par
liaisons faibles type Van der Waals tétramère
(H3-H4) d'histones nouvellement synthétisées 2
dimères H2A-H2B ? formation de la particule
nucléosomale cœur (core particule) Maturation
(consomme ATP) ? espacement régulier des
nucléosomes ? désacétylation des histones
nouvellement incorporées Incorporation des
histones H1 internucléosomales ? repliement du
nucléofilament
46
L'ADNase 1 relâche les liens les noyaux
s'éloignent on obtient un nucléofilament
Ici digestion ? poussée à la DNase micrococcale
47
d2) Hétérochromatine condensée et méthylation de
l'ADN ? Hétérochromatine constitutive ou
facultative
48

• L'HC facultative est réversible méthylée sur
  Lysine K9, hypoacétylées, répliquée tardivement,
  fct du stade de développement ou du type
  cellulaire.
• Ex1 X inactif (Corps de Barr) dans les cellules
  somatiques femelles
• Ex2 vésicule sexuelle (VS) inactive au stade
  pachytène de la méiose masculine (mutation
  provoque stérilité)

49

• La position de certains gènes à proximités d'HC
  facultative peu gêner leur transcription
  (régulation)
• L'HC constitutive n'est pas réversible
• Ex1 HC centromérique assure cohésion des
  chromatides sœurs et disjonction des chromosomes
  mitotiques

50
métyltransférase
DNAmétyltransférase
Heterochromatine Protein 1
51
(No Transcript)
52
d3) Niveaux supérieurs de surenroulement de la
chromatine ? Association du nucléofilmanent à des
protéines non histones
séquences SAR répétées riches en A/T positionnées
jamais à l'intérieur du gène
53
Chez l'Homme longueur totale de l'ADN déroulé ?
2 m
SI
Nucléofilament
SII
Fibre chromosomique (6 nucléosomes par tour) ? 20
cm
Microconvules
Spires (conrrespondant aux bandes de coloration)
SIII
Chromosome métaphasique
54
? Mee de Taylor relation ADN/chromosome
métaphasique
55
? Structure schématique d'un chromosome
métaphasique
56
? Evolution du degré de compaction au cours d'un
cycle cellulaire
57
Interprétation physiologique de la compaction (cf
support cellulaire de l'IG) Nucléofilament
- en G0, G1 et G2 protection contre les
endonucléases - en phase S unité de
réplication K métaphasique mitotique
protection mécanique lors de la disjonction des
chromatides des chromosomes (à l'anaphase)
58
B. Organisation fonctionnelle des génomes
1- Le génome bactérien circulaire 2- Le génome
eucaryote linéaire 3- Le génome viral compacté
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a) HISTORIQUE - étymologie "poison" en
latin - fin du XIX Première définition êtres
vivants provoquant des lésions, passant à travers
des filtres de porcelaine (contagion encore
possible ex Mosaïque du tabac 1898 Pasteur et
virus de la rage) - 1950  virion  introduit
par André Lwoff particules virales (les
distinguer de leurs effets pathologiques) -Taille
lt1µm Ex TMV 300 nm - 1970 Essor de la biologie
moléculaire, étude du cycle viral, découverte des
oncogènes viraux début des années 1980
apparition du SIDA (syndrome dimmunodéficience
acquise) et découverte du VIH (virus de
limmunodéficience humaine J. C. Chermann,
F. Barré-Sinoussi, F. Rey, L. Montagnier, 1983 et
1984)
60
b) DEFINITION (d'après Lwoff) 1 Virion un
acide nucléique et des protéines en une structure
définie et constante, qui possède des éléments de
symétrie (ni cytoplasme ni noyau) 2 Un seul type
dacide nucléique, ADN ou ARN, jamais les
deux. 3 Incapable de croître en taille ou de se
diviser de manière autonome. 4 Un parasite
absolu de la cellule possède linformation
nécessaire à la synthèse de ses propres
constituants, mais na pas les moyens dexprimer
cette information (système de transcription de
lADN en ARN messager et de traduction des
messagers en protéines).
61
Agents infectieux exclus de la catégorie des
virus - Les viroïdes simples boucles dARN (?
300 nucléotides) infectent certains végétaux mais
ne codent aucune protéine pathogénicité serait
liée à interactions avec mécanismes cellulaires
de synthèse protéique (maturation des ARNm) -
Les prions protéines capables de provoquer,
après une longue période dincubation, des
maladies neurodégénératives chez les Mammifères
(tremblante du mouton, maladie de la vache folle
ou maladie de Creutzfeldt-Jacob chez
lHomme). Appartiendrait à une famille de
protéines  chaperonnes  Forme mutée,
transmissible, pathogène.
62
c) CONSTITUTION DES VIRUS nucléocapside
éventuellement enveloppée - forme de la
nucléocapside pseudosphérique, hélicoidale,
icosaédrique (cas des phages) - enveloppe
éventuelle et spécificité antigénique cas de
VIH - gp120 porté par gp 41 membranaire, - gp
17-18 sous membranaire - gp 24-25 de
nucleocapside et - protéine p6, p7 protégeant
les deux ARN
63
(No Transcript)
64
Un seul type d'acide nucléique Virus à ADN -
Exemples Phage lambda, virus de lhépatite B
(5 kilobases, le plus petit connu), herpès virus
(100 kilobases), etc. - Taille 1,5 à 50 103
kb - La molécule peut être ? un double brin
(Phages lambda varicelle, zona, mononucléose,
variole) ? un simple brin (Parvovirus des
erythèmes infectiaux) directement codant (simple
brin positif), ? un simple brin complémentaire
du brin codant (simple brin négatif)
65
Lyse bactérienne phagique
66
(No Transcript)
67
Nucléocapside formée de Protéines de la
capsides au niveau de la tête gaine
caudale fibre épines du plateau
68
L 300 nm ? 18 nm ouverture centrale 4 nm
Hélice droite 2130 sous unités protéiques (17,5
kD) ARN simple brin Chaque sous unité protéique
recouvre 3 nucléotides
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Un seul type d'acide nucléique Virus à ARN -
Monocaténaire "" directement codant pour des
protéines Ex TMV, Poliomyélite, rhume,
hépatite A, rubéole) - Monocaténaire "-" qui
devra être complémenté en ARN"" avant de coder
pour protéine Ex Rage, encéphalite, rougeole,
oreillons, grippe) - Bicaténaire Diarrhée -
Rétrovirus brin d'ARN réverse-transcrit en ADN
par réverse-transcriptase ( transcriptase
inverse) ADN pouvant s'intégrer dans le génôme de
la cellule hôte par ses Long Terminal Repeat (LTR
? circularisation) Ex VIH
70
d) ORGANISATION du génome viral Cas du Phage l

• Groupes fonctionnels
• 1. Tête
• 2. Plateau
• 3. Cou et collier
• 4. Plateau
• 5. Métabolisme des Nucleotides
• 6. Fibres
• 7. Membrane
• 8. Enzymes DNA

Cartographie du phage T1
71
Cas du TMV (Tabacco Mosaïc Virus)
72
Cas du VIH (Virus de l'Immunodefiscience acquise
Humaine) 2 molécules dARN simple brin
identiques un exemplaire du génome pouvant muter
quand lautre exemplaire reste stable
73
(No Transcript)
74
A. Support moléculaire de l'IG B. Organisation
fonctionnelle des génomes C. Support cellulaire
de l'information génétique
cf TP MITOSE - Chez les eucaryotes, dans le
noyau, chromosomes plus ou moins condensés
suivant les étapes du cycle cellulaire (mitose ou
interphase) - Mise en évidence courbe d'action
mutagène superposée à courbe d'absorption des UV
par l'ADN