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CYTOGENETIQUE GENERALE

Chapitre III. L’appariement chromosomique

Pendant la division cellulaire, le phénomène clé qui se produit est l’appariement

des chromosomes homologues.

Cet appariement est la base de tous brassages intra et inter-chromosomiques.

Ces brassages faisant partie des fondements de l’évolution, nous pouvons voir

de près cet appariement. Il existe deux types d’appariements chromosomiques :

- l’appariement somatique

- l’appariement méiotique

A] Appariement somatique 1. l’appariement

L’appariement somatique se produit dans les cellules somatiques. La division

cellulaire qui a lieu dans ces cellules est la mitose. L’appariement qui a lieu

dans une cellule mitotique est un appariement mitotique ; d’où le terme de

appariement mitotique donné à l’appariement somatique.

Notons que l’appariement somatique où mitotique n’intervient que dans les

cellules somatiques en mitoses successives pour former des clones

cellulaires.

Lorsque nous avions décrit la mitose, nous n’avions pas fait mention de

l’appariement de chromosomes homologues. Cela est dû au fait que ce

phénomène est beaucoup plus rare en mitose par rapport à ce qui se passe à la

méiose. En effet à la mitose les chromosomes paternels et maternels ne sont

pas appariés sur la plaque métaphasique; deux jeux complets de

chromosomes paternels et maternels vont être répartis entre les deux cellules

filles. Il n’y a pas de ségrégation comme à la méiose. C’est le fondement de

la reproduction conforme. Cette absence d’appariement des homologues à la

mitose serait due à l’absence ou à la faible induction des enzymes de

recombinaison dans les cellules somatiques. Cependant, accidentellement, on

peut observer à la mitose deux chromosomes homologues, et déjà répliqués

qui se trouvent proches, s’apparier au moins sur une petite longueur : c’est

l’appariement somatique. Il peut alors se produire un crossing-over (CO)

entre deux chromatides homologues.

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Exemple1. CO mitotique chez des souris hétérozygotes cch

/ca.

Ces souris sont de couleur gris clair alors que, les homozygotes ca/c

a sont

blanches et les homozygotes cch

/cch

sont gris foncé : il y a codominance entre les

deux allèles. En croisant des souris hétérozygotes entre elles on a obtenu parmi

la progéniture gris clair (la moitié du total) une souris portant dans le pelage gris

clair deux taches accolées de pelage blanc et gris foncé. Ces clones jumeaux

sont la preuve qu’il y a eu recombinaison mitotique dans un mélanocyte (qui

synthétise les pigments du poil) donnant naissance à deux cellules-filles

de génotypes différents. Chaque cellule-fille, par divisions successives, donne

ensuite naissance à un clone de cellules qui lui sont identiques.

On estime la fréquence spontanée de la recombinaison mitotique à 10-5

par

division. On voit donc que plus le nombre de cellules est grand et plus elles se

divisent activement et plus des CO mitotiques ont des chances de se produire.

Pour que le CO apparaisse phénotypiquement il faut :

qu’il ait eu lieu suffisamment tôt dans le développement pour que les

clones soient suffisamment étendus pour être visibles ;

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qu’il se produise dans une cellule du tissu où le gène s’exprime (dans

un mélanocyte dans l’exemple ci-dessus).

Incidence de la recombinaison mitotique chez les mammifères.

Certaines tumeurs semblent associées à un CO mitotique, cela a été démontré

pour le rétinoblastome, ou tumeur de la rétine. Sur 33 rétinoblastomes

observés au cours d’une étude, 24 présentaient une perte de

l’hétérozygotie pour le chromosome 13. Sur ce chromosome est situé le gène

Rb qui intervient dans la différentiation cellulaire des cellules rétiniennes. Le

génotype des malades était Rb+/Rb-. Une mutation récessive dans le gène Rb

à l’état hétérozygote n’entraine aucun trouble. Cependant si dans une cellule

de la rétine il se trouve que seul l’allèle Rb- est présent par perte de l’allèle

sauvage, alors cette cellule va se diviser anarchiquement et donner naissance

à une tumeur. Cette perte de l’allèle sauvage s’est produite par CO mitotique

dans 4 cas sur les 24 susdits. Dans les autres cas elle est survenue par

d’autres évènements :

- délétion d’une portion du chromosome 13 contenant l’allèle Rb+,

- perte du chromosome entier par non disjonction à la mitose précédente,

- cassure du chromosome 13, nouvelle mutation apparue de novo dans le

gène Rb+.

D’autres tumeurs (rhabdomyosarcome, astrocytome) semblent dues

également à un CO mitotique intervenant dans une cellule hétérozygote

pour une mutation récessive dans un gène impliqué dans la prolifération et

la différentiation cellulaire.

Exemple 2. Utilisation de la recombinaison mitotique chez la drosophile.

Depuis longtemps les drosophilistes ont essayé d’augmenter la fréquence des

CO mitotiques pour faire de l’analyse clonale. Cela peut se faire en irradiant

les larves de mouches aux rayons X, mais plus récemment ont été mises au

point des techniques génétiques qui permettent non seulement d’obtenir des

clones mitotiques dans 90% des mouches mais aussi de cibler les CO

mitotiques dans des tissus particuliers. Cette technique utilise les propriétés

de la FLP recombinase spécifique de levure, qui reconnait un motif sur

l’ADN appelé séquence FRT. Ces séquences FRT ont été introduites sur les 3

grands chromosomes de la drosophile (les autosomes) : on peut donc avoir

des échanges de portions de chromosomes à la demande, quand et où on

induit l’expression de la recombinase FLP.

Notons que toute cette technique d’introduction de séquences étrangères sur

les chromosomes de drosophile repose sur la transgénèse donc sur l’élément

P.

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2. Intérêts de l’appariement somatique

Quelles informations peut donner l’analyse de clones mitotiques ?

Entre autres on peut:

Savoir si un gène a une expression autonome cellulaire ou non ;

Déterminer le lignage d’une cellule (le nombre et la destinée), c’est-à-dire

la portion de territoire qui descend d’elle par divisions successives ;

Etudier l’expression d’un gène après son stade de létalité : en effet si une

mutation dans un gène est létale pour l’organisme à un stade très précoce

on ne pourra pas savoir, autrement que par analyse clonale, quel est son

rôle ensuite c’est-à-dire quel sera le phénotype cellulaire chez le mutant à

un stade plus tardif.

Savoir si un gène est requis au cours de l’ovogénèse.

L’intérêt de la recombinaison mitotique est de produire des clones de

cellules homozygotes pour une mutation dans un gène donné.

issues d’une cellule d’origine par divisions mitotiques successives ;

étudier le phénotype cellulaire donné par une mutation qui entraine la

létalité au niveau de l’organisme, après le stade de létalité (donc permet

de savoir si un gène est requis plusieurs fois au cours du développement et

quelle est sa fonction

déterminer le moment ou un gène cesse d’être actif ;

Cette technique a permis des avancées considérables dans l’étude du

développement de la drosophile.

B] L’appariement méiotique

1. Association pré-méiotique

Notons que les chromosomes homologues doivent s’apparier puis se séparer

de manière coordonnée lors de la méiose I

Il s’agit ici de savoir dans quelles dispositions se trouvent les chromosomes

avant les différentes phases de la méiose. Il y a-t-il des dispositions

interphasiques qui conduisent les appariements d’homologues.

Les mécanismes qui régulent l’appariement des chromosomes homologues

lors des toutes premières étapes de la division méiotique sont mal connus et

de nombreuses questions restent sans réponses.

Durant l’interphase pré-méiotique, les chromosomes homologues, dédoublés,

non appariés, sont distribués uniformément dans le noyau. Les chromosomes

commencent la recherche d’homologie au début de la méiose (leptotène).

Cependant quelques observations ont été faites:

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- De façon surprenante, chez de nombreuses espèces, dont certaines

levures, ont montré une association non homologue des centromères lors

des phases précoces de la méiose, afin de favoriser une reconnaissance

d’homologie entre les chromosomes. Certains auteurs, ont par ailleurs

suggéré que cette association non homologue des centromères avait plus

vraisemblablement pour but d’éviter la formation d’échanges de

chromatides trop près des centromères, ce qui pourrait être délétère pour

la cellule.

Des études ont aussi montré qu’il existait chez certaines espèces telles que

D. melanogaster, A. thaliana et S. pombe un appariement des

chromosomes avant même leur entrée en méiose, souvent près des

centromères. Bien que le mécanisme soit encore inconnu, cette

association pré-méiotique pourrait favoriser l’appariement des

chromosomes par la suite. Cependant, ce phénomène n’a pas été observé

chez les mammifères.

A : Durant l’interphase pré-méiotique, les chromosomes homologues, non

appariés, sont distribués uniformément dans le noyau.

B : Les chromosomes commencent la recherche d’homologie au début de

la méiose.

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C et D : Formation du bouquet télomérique, reconnaissance des

homologues aux stades leptotène et zygotène et appariement.

E : La synapse des chromosomes homologues est complète à la fin de la

prophase de première division méiotique.

En Conclusion on peut dire que l’association pré-méiotique est un

phénomène réel. Mais cette association n’est pas homologue et ressemble

plus à un regroupement « pré-appariement méiotique » A l’entrée en méiose,

les centromères des chromosomes dispersés dans le noyau, vont au bout d’un

certain temps, se regroupent transitoirement au sein d’un « nœud » («

centromere clustering »), puis se couplent de manière non-homologue,

jusqu’à ce que l’appariement entre les centromères homologues soit établi et

stabilisé (« centromere pairing »).

Figure : Lors de l’entrée en méiose chez Arabidopsis thaliana, les chromosomes homologues ne sont pas appariés et leurs centromères sont dispersés dans le noyau. Au bout d’un certain temps, les centromères se regroupent transitoirement au sein d’un « nœud » (« centromere clustering »), puis se couplent de manière non-homologue, jusqu’à ce que l’appariement entre les centromères homologues soit établi et stabilisé (« centromere pairing »). Cette transition vers l'appariement des centromères homologues nécessite l’initiation de la recombinaison méiotique par la protéine SPO11 et la présence de DMC1. L’appariement des bras chromosomiques ou « synapsis » peut ensuite se mettre en place avec l’aide des protéines RAD51, RAD51C et XRCC3. © GRD, Charles White

2. Rapprochement des homologues

Définition des chromosomes homologues :

Les chromosomes homologues, encore appelés autosomes

(uniquement pour les chromosomes non sexuels), sont des

chromosomes, de même taille, possédant les mêmes gènes mais

pas obligatoirement les mêmes allèles.

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Chez les organismes diploïdes,

- Deux chromosomes homologues appartiennent à la même paire.

- Une paire de chromosomes homologues forme un bivalent.

- L'un des chromosomes homologues est d'origine maternelle, l'autre

d'origine paternelle.

Exemple. Chez l'homme, dans les cellules somatiques, il y a 22 paires de

chromosomes homologues (dits chromosomes autosomes), numérotés de 1 à 22

et une paire de chromosomes sexuels (appelés hétérochromosomes ou

gonosomes : XY chez l'homme, XX chez la femme).

Les deux chromosomes X de la femme sont homologues, mais le chromosome

Y n'est homologue que dans une petite région avec le chromosome X (= régions

pseudo-autosomiques).

Si les chromosomes homologues portent les mêmes gènes, cela ne signifie pas

qu'ils codent la même information génétique puisque le même gène paternel et

maternel peut présenter des mutations : on parle alors d'allèles.

Après la pré-méiose, dans ce regroupement en bouquet des chromosomes

dupliqués, les homologues vont commencer à se rapprocher au cours de la

méiose. Ce rapprochement commence au leptotène ; c’est-à-dire à la prophase

de première division méiotique.

La prophase de la première division méiotique est donc une étape cruciale du

processus méiotique. Trois phénomènes « clefs » s’y produisent:

- Un rapprochement des chromosomes et l’identification de l’homologie des

partenaires,

- L’appariement des homologues,

- La recombinaison méiotique.

Les chromosomes homologues débutent leur rapprochement au leptotène.

Les mécanismes permettant d’expliquer comment les chromosomes homologues

peuvent se reconnaitre lors de la phase précoce d’appariement sont encore très

mal connus. Plusieurs hypothèses ont cependant été avancées :

- Hypo 1. Les mouvements de chromosomes ont lieu au hasard. Ces

mouvements pourraient permettre aux homologues de se rencontrer par

des contacts directs ADN-ADN.

- Hypo 2. Les chromosomes homologues peuvent se reconnaitre grâce à des

protéines servant d’intermédiaires.

- Hyp3. Une reconnaissance spécifique des chromosomes homologues

pourrait aussi avoir lieu grâce à des molécules d’ARN spécifiques de

séquences selon Zickler et Kleckner (1999).

Après ce rapprochement, les chromosomes homologues vont s’appariés. Cet

appariement des chromosomes homologues est un processus complexe

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Contrairement aux organismes Caenorabditis elegans et Drosophila

melanogaster femelle, pour lesquels l’appariement des chromosomes est

indépendant du phénomène de recombinaison méiotique, l’appariement des

homologues est en partie dépendant des cassures double-brins (Double Strand

Breaks-DSB), chez de nombreuses espèces dont la souris.

En effet, la manière dont les chromosomes homologues s’apparient peut se

diviser en trois étapes séquentielles selon Zickler (2006):

- une phase précoce de reconnaissance des chromosomes, indépendante des

mécanismes de recombinaison,

- une juxtaposition des axes de chaque chromosome homologue (appariement)

- la formation d’un complexe protéique à partir des appariements précédemment

induits (synapse).

Les chromosomes homologues s'apparient et s'échangent des

fragments de brin mélangeant les gènes avec des allèles maternels

avec des gènes aux allèles paternels. C'est le phénomène

d'enjambement (aussi appelé crossing-over) ou recombinaison

intra-chromosomique, qui entraîne une importante diversité

génétique. La recombinaison génétique, ainsi que le réassortiment

aléatoire des chromosomes vont fournir une source importante de

diversité qui permet aux populations eucaryotes de s'adapter aux

conditions environnementales.

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3. Mouvements chromosomiques

Dans mouvements chromosomiques, nous entendons les différents

itinéraires empruntés par les chromosomes tout le long de la méiose.

Pendant les différentes phases, les chromosomes occupent des positions

différentes dans la cellule. Le mouvement peut concerner aussi le

déplacement des chromosomes homologues les uns par rapport aux autres.

Les premiers mouvements chromosomiques sont observés dès la pré-

méiose. Quels sont les différents mouvements chromosomiques ?

On distingue de façon chronologique :

**. Les mouvements prophasiques I. A la prophase 1, les chromosomes en

se frottant les uns aux autres vont se reconnaître deux à deux comme des

homologues. Ces homologues vont s’apparier de tout leur long pour

former des bivalents. Ce mouvement chromosome est la plus importante

car il va présider aux échanges intra-chromosomiques (échange de

chromatine entre les chromatides d’une même paire de chromosomes). On

parle aussi de brassages intra-chromosomiques. Par des cassures des

doubles brins (CDB) et des soudures, il y a échange de matériel génétique

entre chromatides d’homologues (1 chromatide du chromosome paternelle

et 1 chromatide du chromosome maternelle). Ces cassures et soudures

sont baptisées Crossing-over (CO) ou Enjambement. Les endroits où se

passent les CO forment des nodules de recombinaison.

Ces mouvements commencés au zygotène vont se poursuivre au

pachytène où les nodules sont bien visibles.

A partir du diplotène, un autre mouvement chromosomique s’observe : la

paire de chromosomes homologues, vont se séparer. Les centromères qui

étaient proches vont s’éloigner les uns des autres entrainant avec eux

chacun ses chromatides. Cependant, les chromosomes resteront unis au

niveau des nodules de recombinaison. Ce mouvement de séparation se

poursuit et prend fin à la diacinèse avec la terminalisation des chiasmas

(ou chiasmata).

Les chiasmas ne correspondent plus aux lieux d’échanges

chromosomiques

Remarques

R1. Concernant les chromosomes sexuels : Comment l'appariement se fait-il

pour les chromosomes sexuels (paire n° 23 chez l’homme) qui sont différents, le chromosome X féminin étant nettement plus grand que le chromosome Y masculin ? En réalité, ces deux chromosomes présentent une petite région d'homologie à l'une de leurs extrémités (régions télomériques), et cette région est suffisamment grande pour qu'il s'y produise en général un chiasma.

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C'est ce chiasma qui va permettre à ces deux chromosomes de rester assemblés pendant la métaphase.

R2. Ces homologies télomériques sont à la base des chiasmas qui

permettent de maintenir les chromosomes homologues ensemble à la

diacinèse et à la métaphase.

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**. Mouvements métaphasiques I. Les bivalents (paires de chromosomes

homologues) Une caractéristique de cette métaphase I est le fait que les chromosomes restent assemblés en bivalents, retenus entre autres par leurs chiasmas. Ces bivalents vont alors aller se placer à la plaque équatoriale (PE). La distribution des bivalents à la métaphase est un « pure hasard ». Ce mouvement des chromosomes et leur distribution au « hasard » à la PE est le fondement du brassage inter-chromosomique.

**. Mouvements anaphasiques I. Le premier mouvement anaphasique est

la séparation complète des chromosomes d’un même bivalent. Chaque

centromère étant orienté vers un pôle différent. Le brassage intrachromosomique qui a eu lieu pendant la prophase, grâce aux crossing-over et aux échanges de fragments de chromosomes (donc d'ADN) prend maintenant tout son sens car les 2 chromatides sœurs d'un même chromosome ne sont pas identiques. Le schéma montre une combinaison possible de répartition des chromosomes, parmi un nombre gigantesque.

Le deuxième mouvement anaphasique est la migration des chromosomes

(bichromatidiques) vers chaque pôle. Les chromosomes homologues sont

tirés chacun vers un pôle différent.

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** Mouvements télophasiques I. Les mouvements des chromosomes,

vers les pôles opposés, commencés à l’anaphase s’achèvent à la télophase

avec le regroupement des chromosomes à ces deux pôles. Ce sont ces

deux lots de chrmomosomes qui vont constituer les deux noyaux des deux

cellules filles qui vont être séparées à la PE par la membrane plasmique

(plus parois pour les cellules végétales).

**. Mouvements métaphasiques II. Les mouvements concernent les

chromosomes des deux cellules filles haploïdes (1n = 2C). Les

mouvements chromosomiques qui se passent dans l’une des cellules filles

sont les mêmes dans l’autre des cellules filles, simultanément et de façon

synchrone. On décrit les mouvements chromosomiques dans l’une des

cellules filles :

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Les chromosomes, condensés (brèves interphase et prophase),

individuellement, vont faire mouvement vers la PE. Ils vont s’aligner sur

cette PE avec leurs centromères.

**. Mouvements anaphasiques II. Le mouvement concerne chaque

chromatide de chaque chromosome. Les chromatides, séparées par la

digestion de la cohésine, chaque chromatide migre vers le pôle opposé à

sa chromatide sœur.

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** Mouvements télophasiques II. Le mouvement chromosomique

commencé à l’anaphase II se poursuit et prend fin à la télophase II avec le

regroupement de chaque lot de chromatides aux pôles opposés.

Les mouvements chromosomiques prennent ainsi fin avec le retour à l’état

de chromatine des chromosomes.

C] Un complexe synaptonémal intervient dans l'appariement

des chromosomes

Comme nous l’avons vu tout le long de la méiose, les chromosomes font l’objet

de modifications et de mouvements complexes. Certains de ces changements

sont des changements d’une grande importance dans l’évolution des

chromosomes : ceux sont des changements morphologiques complexes qui ont

lieu dans les chromosomes au moment où ils s'apparient (synapsis ou syndèse) et

se séparent (asynapsis ou asyndèse) au cours de la méiose I. Précisément à la

prophase qui est définis par des modifications morphologiques.

L'événement le plus frappant est le début du rapprochement étroit des

chromosomes (au moment du zygotène), dans une structure particulière, appelée

complexe synaptonémique ou synaptonémal, qui commence à se développer

entre les chromosomes homologues.

Définition.

Le complexe synaptonémal est une structure ou complexe protéique particulier

qui apparaît (stade zygotène) puis disparaît (diplotène) au cours de la prophase I,

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lors de l’association des chromosomes homologues entre eux. Cet appariement

est un synapsis

1. Composition du complexe

Au stade pachytène, le complexe synaptonémal semble établir une connexion

entre les chromosomes homologues sur toute leur longueur.

Le complexe synaptonémal est composé d'une longue matrice protéique qui a

l'aspect d'une échelle de chaque côté de laquelle les deux homologues sont

étroitement apposés pour former une longue paire de chromosomes linéaires.

Les chromatides-sœurs de chaque chromosome sont maintenues étroitement

associées, leurs chaînes d'ADN faisant saillie vers l'extérieur sous forme de

boucles du même côté de l'échelle protéique. Les deux chaines d’ADN

homologues sont maintenues par le complexe.

Le complexe est composé de deux axes (éléments) latéraux, d’un axe central et

d’un nodule de recombinaison. De part et d’autre de ce complexe protéique

s’étend d’un côté l’ADN de la chromatide paternelle et de l’autre côté l’ADN de

la chromatide maternelle.

Au moment de l'appariement, les axes semblent adhérer entre eux pour devenir

les éléments latéraux du complexe synaptonémal qui constituent les deux

montants de l'échelle protéique. Les axes et les éléments latéraux contiennent

tous une protéine dont la réactivité exceptionnelle aux colorants argentiques

permet de visualiser ces structures, aussi bien en microscopie optique qu'en

microscopie électronique.

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Micrographies électroniques montrant le complexe synaptonémal :

visualisation des éléments centraux et transverses.

Dans le cas de la méiose, les chromatides sœurs d’un chromosome sont

associées par un complexe cohésine. Cette cohésine est une composante

du complexe.

Plusieurs composants ont été caractérisés en particulier chez S.cerevisiae :

Eléments latéraux : Red1p Scp2 et Scp3 (qui reste associé au complexe

cohésine jusqu’à la séparation des chromatides); éléments latéral et

central : Zip 1p.

L'appariement des chromatides homologues démarre sur l'enveloppe

nucléaire et progresse le long des chromosomes « comme une fermeture

éclair ». En microscopie électronique, il apparaît constitué d'éléments

latéraux parallèles, complexes de cohésines, et d'un élément central dense

aux électrons relié aux précédents par des filaments transverses. On

remarque également à certains endroits sur l'élément central des nodules

de recombinaison, c'est aux endroits où se situent ces nodules que les

chromatides vont s'enjamber (pour créer des enjambements) : les

chiasmata sont donc dus à la présence de nodules de recombinaison, et il

peut y en avoir plusieurs par chromosome.

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2. Formation du complexe

Le complexe protéique commence à se former au zygotène. A la pachytène, ce

complexe est visible et net. Ce complexe disparait à la fin du pachytène pour

laisser les nodules de recombinaison au niveau des bivalents.

Le phénomène de synapsis marque la fin du stade leptotène de la prophase 1 de

la division réductionnelle de la meiose et l'initiation du 2e stade de la prophase 1

qui est le zygotène. La synapsis commence souvent par un rapprochement des

extrémités homologues des deux chromosomes au niveau de l'enveloppe

nucléaire, d'où l'alignement des chromosomes homologues l'un à côté de l'autre.

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3. Localisation des complexes synaptonémiques

Durant la synapsis, les bras des chromatides homologues adjacentes

subissent l'enjambement ou autrement un brassage intra-

chromosomique qui se crée en un ou plusieurs points d'ancrages appelés

chiasmats tous le long du synapsis. En général, plus les chromatides sont

longues, plus les chiasmas sont nombreuses. Ils sont tout le long du

chromosome.

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4. Nodules de recombinaison

Le nodule de recombinaison est une composante du complexe

synaptonémique. Le nodule se forme au pachytène : (pachy : du grec pakhus

[pachy-], épais, gros). Pendant cette phase, il se produit les crossing-over ou

enjambements, grâce à l'apparition de nodules de recombinaison. Le nodule

est le lieu des échanges de chromatine entre le chromosome d'origine

maternelle et le chromosome d'origine paternelle. L’apparition du nodule

complète le complexe synaptonémal.

5. Rôle du complexe synaptonémique

A quoi sert le complexe synaptonémal?

- Le complexe synaptonémal est un complexe protéique qui se constitue au

zygotène, et disparait à la fin du pachytène, et permet l'appariement ( ou

synapsis) entre les chromosomes homologues. En s'appariant les

chromosomes forment alors un bivalent (ou tétrade).

- Le complexe est nécessaire à la formation de bivalents.

- La recombinaison génétique nécessite un contact étroit entre les

chromosomes. Le complexe synaptonémal, maintient les chromosomes

étroitement alignés l'un en face de l'autre et l'on pense qu'il est

indispensable à la formation des enjambements.

- Par la présence de nodules, le complexe est le lieu des échanges de

chromatine entre le chromosome d'origine maternelle et le chromosome

d'origine paternelle en favorisant les crossing-over ou enjambements.

NB. La mise en place d’un complexe synaptonémal cohérent est nécessaire à

la formation des bivalents chez Arabidopsis. En son absence, le stade

pachytène ne peut être défini (chez le mutant asy), et ne présente pas non

plus de bivalents en métaphase I.

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24

D] Les chromomères

1. Définition

A certains moments précis, notamment lors de la prophase de la méiose I, les

éléments fondamentaux filamenteux des chromosomes appelés chromonèmes

sont aisément identifiables. Sur chaque chromonème (chromonéma), sont

alignés, à l’image des perles, mais à des intervalles irréguliers, des parties

intensément colorables (aux colorants basiques). Ces parties du chromonéma

qui prennent intensément les colorants sont appelées chromomères : vient du

grec meros [mér(o), mérisme, mère]

2. Quelques caractéristiques des chromomères

- Ils sont repartis en disques ou renflements (bandes), superposés tout le

long du chromosome. Ils (zones sombres) alternent avec des parties non

colotrées du chromosome (zones claires = hyalomères).

- L’arrangement ou répartition des chromomères le long du chromosome

est caractéristique de chaque chromosome.

- Les positions des chromomères sont identiques dans tous les

chromosomes homologues. Dans ces homologues, les chromomères, qui

se correspondent, se trouvent à peu près au même niveau de tous les

brins ; d’où l’impression de bandes ou de disques. Ils sont très utiles

comme marqueurs.

- Ils se distinguent aussi par leur forme, taille et nombre. Peut atteindre 500

selon les circonstances chez le chromosome polytène de la drosophile.

- Bien que leur nature moléculaire soit mal connue, on pense qu’ils sont

composés d’un fragment de la double hélice d’ADN avec les histones et

des protéines associées.

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3. Rôles des chromomères

Il y a une divergence du point de vue de la fonctionnalité des

chromomères.

- la quantité de chromomères étant égale à peu près au nombre de réplicons,

ils pourraient représenter des sous unités fonctionnelles de la réplication.

- Les chromomères contiennent un nombre plus ou moins grand de gènes.

- Les chromomères jouent un rôle important dans la condensation de la

chromatine à la prophase.

- Chez la drosophile, le chromomère 3D4 (du chromosome X) est

nécessaire pour le maintien des niveaux de l’AMPc qui contrôlent la

fertilité des mâles et des femelles (au cour de la gamétogenèse). Il

contrôlerait la thermolabilité ou thermostabilité de certaines enzymes.

E] le complexe nucléolaire

Le complexe nucléolaire fait partir du noyau. Il est composé du nucléole, des

stellites et des organisateurs nucléolaires.

1. Le nucléole

Le nucléoplasme correspond à une matrice qui est délimitée par la

membrane interne du noyau. Bien qu’il n’y ait pas de structures

membranaires internes il est structurellement et fonctionnellement

compartimenté. On distingue :

le nucléole

la chromatine

le nucleosquelette

Définition. En biologie cellulaire, le nucléole est un sous-compartiment

cellulaire du noyau.

Le nucléole est un organite cellulaire eucaryote situé dans le noyau. C’est

une région du noyau, observable au microscope optique(grâce à des

colorants basiques(Pyronine en rouge et bleu de Giemsa)) et électronique

(il est dense aux électrons). Considéré comme un organite, le nucléole

n’est pourtant pas entouré d’une membrane lipidique et n’est donc pas

séparé physiquement du noyau. Il peut être considéré comme une

inclusion du noyau.

-

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Quelques caractéristiques du nucléole

- C'est la microscopie électronique qui a véritablement permis l'observation

de ses composants. En microscopie électronique, on remarque le nucléole

dans le noyau par sa forte densité aux électrons (il forme un point sombre

dans le noyau). Ceci est dû à la présence de nombreux ARN et au fait que

le nucléole soit associé à de l'hétérochromatine (ADN fortement

condensé).

- Dans le noyau le nucléole apparaît comme un corpuscule sphérique très

dense et c’est la structure la plus visible en microscope électronique ou

optique.

- Chez les eucaryotes supérieurs, il apparaît au cours de l’interphase du

cycle cellulaire et disparaît au cours de divisions cellulaires. C’est donc

une structure dynamique.

- On observe généralement un nucléole par cellule. Mais parfois il peut être

présent en plusieurs exemplaires en fonction de l’état et de l’activité de la

cellule : On observe de 4 à 7 nucléoles juste après la mitose, puis ils

fusionnent entre eux, se présentant généralement sous la forme de 2

nucléoles en début de phase G1 et de 1 nucléole en fin de phase G1 et

durant toute la phase G0.

Le chercheur Stanley Miller fut le premier à isoler par centrifugation le nucléole

du noyau de plusieurs cellules, puis décompacter les composants fibrillaires

denses qu'il contient

Structure ou organisation du nucléole.

- Le nucléole est parfois différencié en trois zones :

la zone fibrillaire centrale (centres fibrillaires (FC))

la zone péricentrale fibrillaire dense (DFC), entourant partiellement ou

totalement les FC

la zone granulaire, périphérique (composant granulaire (GC) dans lequel

est enchâssé les FC et le DFC).

Notons que le plus souvent, on parle de deux zones :

Zone fibrillaire centrale

Zone granulaire, périphérique

- En les observant au microscope électronique en transmission, Miller a

donné la composition du nucléole qu’il a appelé des "arbres de Noël" à

cause de leur forme :

27

Le "tronc" de ces arbres est une molécule d'ADN (ce que l'on peut mettre

en évidence avec un test à la DNase), les "branches" sont des ARNr, les

"boules" des protéines diverses et les grains raccordant les branches au

tronc sont des ARN polymérases. On peut donc dire que les composants

biochimiques du nucléole sont :

** ARN, majoritairement des ARNr (transcrits dans la zone fibrillaire et

maturés dans la zone granulaire). Les pré-ARNr ne sont pas épissés, ils

sont clivés par plusieurs ribonucléases.

** Protéines :

l'ARN polymérase I, qui transcrit les locus d'ADN ribosomique en

un précurseur de 45 S (pré-ARNr) (35 S chez Saccharomyces

cerevisiae).

des enzymes diverses et

des protéines de liaison dont certaines sont argyrophiles (colorable

par l'argent).

28

4. Rôle du nucléole.

Le nucléole Le nucléole est un organite nucléaire indispensable dans la

vie de la cellule. Il est impliqué dans des fonctions très diverses telles

que :

- C’est le lieu où se produit la transcription des ARN

ribosomiques1 (ARNr), qui constituent avec des protéines, les deux sous-

unités des ribosomes. Le nucléole contient 200 unités de transcriptions

pour les ARN ribosomiques par l’ARN polymérase 1 qu'il code. Ces

ARNr (18S, 5,8S et 28S) entreront dans la fabrication des ribosomes en

s’associant avec des protéines ribosomiques.

- C’est le centre de formation des ribosomes. Cette formation s'effectue en

plusieurs étapes qui se déroulent dans les zones fibrillaires et granulaires.

- Le nucléole est impliqué dans le contrôle du cycle cellulaire.

- Il est aussi impliqué dans la modulation de l’activité de la protéine p53

(une protéine impliquée dans la défense contre les lésions de l'ADN. C’est

aussi un facteur de transcription (protéine qui régule la transcription d'un

gène en se fixant sur son promoteur)

Notons que l’activité et la taille du nucléole varient en fonction de l'intensité de

la synthèse des protéines, la prolifération ou la différenciation cellulaire. Le

nucléole est d'autant plus grand que la biosynthèse des ribosomes est importante

dans la cellule qui le contient.

29

2. Organisateurs nucléolaires

Dans le noyau, les nucléoles sont situés à proximité de constrictions

secondaires des chromosomes. Ces constrictions secondaires sont

appelées organisateurs nucléolaires (ON). L’ON occupe une position bien

défini dans le jeu de chromosomes. Les ON contiennent les gènes (en

tandem ; de 150 à 250 copies) qui codent pour l’ARN ribosomal.

Les ON ne fixent pas les colorants habituels de la chromatine.

L’ON est un lieu de fortes translocations.

Dr TIECOURA Kouakou

Docteur en Sciences Botaniques

Spécialité : cytogénétique et manipulations génétiques

Laboratoire de Génétique et amélioration des espèces végétales et animales

Université Félix Houphouët Boigny de Cocody-Abidjan

tiecourakouakou@yahoo.fr Tel : 05 65 86 18

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Travail de recherche (TPE= Travail Personnel de l’Etudiant)

L’appareil mitotique et son fonctionnement

A/ Le fuseau

B/ Les microtubules

1. La composition

2. L’assemblage

3. La disposition dans le fuseau

C/ Structures polaires

1. Les centrioles

2. Autres structures polaires (les non permanentes)

3. Les Asters

4. Le rôle des structures polaires

5. La formation du fuseau

D/ Le centromère = Kinétocorps

E/ fonctionnement de l’appareil mitotique

1. Fixation des chromosomes

2. Déplacement des chromosomes

F/ Mitoses primitives ou aberrantes

G/ La cytocinèse ou cytodiérèse