PÔLE « TRANSMISSION DE LA VIE, HEREDITE »

CELLULES, CHROMOSOMES, GENES

Pré-requis

Chapitre I Chromosome et caryotype

Chapitre 2 Hérédité humaine

Chapitre 3 Génétique moléculaire : expression de l’information génétique

Chapitre 4 Cycle cellulaire

Chapitre 5 Processus tumoral et cancer

La cellule animale

Pré-requis : Ultra-structure cellule animale.

• 1 = réticulum endoplasmique lisse• 2 = 1 centriole (2 centrioles forment

le centrosome)• 3 = nucléole• 4 = chromatine• 5 = enveloppe nucléaire• 6 = pore nucléaire• 7 = noyau• 8 = lysosome• 9 = appareil de golgi• 10 = cytosol• 11 = ribosomes• 12 = membrane plasmique• 13 = cytosquelette• 14 = réticulum endoplasmique

granuleux• 15 = mitochondrie

Compléter l’organigramme représentant l’organisation générale d’une cellule animale.

nucléole

Les organites cytoplasmiques décrits jouent un ou plusieurs rôles précis dans la cellule. Compléter le tableau suivant :

Les centrioles

L’ultra-structure du noyau.Nommer l’élément nucléaire qui correspond à chaque

description suivante :

Relier chaque élément nucléaire de la colonne de gauche à son rôle dans la colonne de droite. Attention il y a un intrus.

Prérequis : Organisation de la cellule animaleSYNTHESE

CYTOPLASME :• Hyaloplasme ou cytosol• Organites

– Ribosomes : réalisent la traduction, c’est-à-dire la synthèse des protéines à partir des ARN messagers.

– REL : permet le métabolisme des lipides.– Appareil de golgi : lieu de transformation des lipides en

glycolipides et des protéines en glycoprotéines.– Mitochondrie : lieu de synthèse de l’ATP.– Cytosquelette : donne la forme et la rigidité à la cellule, intervient

dans le déplacement des organites et dans la division cellulaire.– Lysosome : contient des enzymes capables de dégrader les

organites cytoplasmiques endommagés.– Centrosome : participent à la division cellulaire.

NOYAU :• Chromatine : support de l’information génétique• Nucléole : site de production des ARN des ribosomes

Pré-requisOrganisation de la cellule animale

MOTS CLES • Membrane plasmique

• Cytoplasme

• noyau

Chapitre I Chromosome et caryotype

• I 1 CARYOTYPE– I 1.1 Technique du caryotype en cytogénétique

classique (= étude des chromosomes).– I 1.2 Caryotype humain normal– I 1.3 Aberrations chromosomiques (ou anomalies

chromosomiques).• I 1.3.1 Les anomalies concernant le nombre de

chromosomes.• I 1.3.2 Les anomalies de structure des chromosomes.

– I 1.4 Indications du caryotype

• I2 STRUCTURE ET ULTRASTRUCTURE DU CHROMOSOME

• I3 LE GENOME ET LES GENES

Définition du CARYOTYPE

• LE CARYOTYPE est l’équipement chromosomique (nombre et forme des chromosomes) caractéristique d’une espèce.

Chapitre I Chromosome et caryotypeRÉALISATION D’UN CARYOTYPE• Culture cellulaire

présentant des cellules en division ou mitose

• Synchronisation et blocage des mitoses en métaphase par le colchicine permet de visualiser les chromosomes

• Dispersion des chromosomes par éclatement des cellules soumises à une solution isotonique

• Fixation et coloration des chromosomes

• Observation et classification des chromosomes par paire en fonction de leur taille et de leurs bandes.

CHAPITRE I CHROMOSOME ET CARYOTYPEI1 CARYOTYPE

SYNTHESELE CARYOTYPE : est l’équipement chromosomique (nombre et forme des

chromosomes) caractéristique d’une espèce.

I1.1 TECHNIQUE DU CARYOTYPE EN CYTOGENETIQUE CLASSIQUE :

o Réaliser une culture cellulaire de cellules nucléées :

- chez l’adulte : globules blancs

- chez le fœtus : cellules fœtales prélevées dans le liquide amniotique

o Bloquer les divisions cellulaires en métaphase par ajout de colchicine

o Colorer, observer les Chr.

o Classer les Chr par paires d’après leur taille (du plus grand au plus petit), la position de leur centromère et de leurs bandes colorées.

MOTS CLES

• CHROMOSOME en métaphase (= étape de la mitose)

• CARYOTYPE

Chromosomes métaphasiques humains

Observation au microscopie électronique à balayage Schéma d’un chromosome

métaphasique

Constriction primaire

AMNIOCENTESE

CARYOTYPE HUMAIN NORMAL

Les cellules somatiques sont diploïdes : 2n = 46 présentent 23 paires de chromosomes homologues.

• 22 paires d’autosomes

• 1 paire de chrx sexuels ou gonosomes X et Y

Formule chromosomique :

Chez l’homme : 46, XY. Chez la femme : 46, XX

LES TECHNIQUES DE CYTOGENETIQUE MOLECULAIRE, utilisent des sondes ADN combinant des marqueurs

fluorescents, permettent d’obtenir une coloration spécifique pour chaque paire de chromosomes et une identification précise

du contenu de chaque chrx.

CHAPITRE I CHROMOSOME ET CARYOTYPESYNTHESE

I1.2 CARYOTYPE HUMAIN NORMAL :

o Cellules somatiques diploïdes : 46 chromosomes soit 23 paires : 22 paires d’autosomes + 1 paire de Chr sexuels ou gonosomes

Formule chromosomique d’1 homme = 46, XY

Formule chromosomique d’1 femme = 46, XX

o Cellules germinales (spermatozoïdes ou ovocytes) haploïdes : 23 chromosomes.

Formule chromosomique d’1 gamète masculin = 23, X ou 23, Y

Formule chromosomique d’un gamète féminin = 23, X

MOTS CLES

• CELLULE SOMATIQUE (du corps) : 46 Chr

• CELLULE GERMINALE (= spermatozoïde ou ovocyte) : 23 Chr

• FORMULE CHROMOSOMIQUE

• AUTOSOMES

• GONOSOMES

I 1.3 Aberrations chromosomiques ou anomalies chromosomiques

Accidents affectant la structure des chromosomes suite à des cassures survenant au cours des méioses permettant la formation des gamètes.

• Les délétions

• Les translocations

• Les inversions

Accidents affectant le nombre de chromosomes suite : à des non-disjonctions chromosomiques au cours des méioses de formation des gamètes.

à des non-disjonctions des chromatides ou pertes de chromosomes durant les mitoses de formation de l’œuf.

• Trisomie = 47 chrx

• Monosomie = 45 chrx

21

I 1.3.1 Aberrations chromosomiques concernant le nombre de chromosome

• Polyploïdies : triploïdies (3n = 69)

tétraploïdies (4n = 92)

responsables d’avortements

spontanés : embryons non viables.

• Aneuploïdies : anomalies portant sur un seul chromosome. trisomies : caryotype présente 1 chrx surnuméraire

soit 47 chrx

Monosomie : caryotype présente 1 chrx de moins soit 45 chrx

Aberrations chromosomiques les plus fréquentes

Syndrome de Down ou trisomie 21 • Caryotype standard d’un enfant présentant

une trisomie 21 libre et homogène (95% des trisomies 21) :

Caryotype standard d’un syndrome de Klinefelter

(environ 1 homme sur 1000) : formule chromosomique = 47,XXY

I 1.3.2 Les anomalies de structure des chromosomes sont dues à des cassures des chrx au cours de la formation des gamètes

• DélétionsPerte de matériel génétique

• Translocations• Inversions

Pas de perte dematériel génétique

Trisomie 21 par translocation.

La disparition des bras courts de l’1 des chrx 14 est sans conséquence, car elle porte sur une région de chrx codant pour des ARN ribosomiques, retrouvée sur plusieurs chrx.

I 1.4 Indications du caryotype : diagnostic prénatal80% des prescriptions de caryotype concernent le diagnostic de

trisomie 21

• Syndrome de Down ou trisomie 21 regroupe différents symptômes :

– Dysmorphie au niveau de la tête, des membres (mains larges aux doigts courts avec 1 seul pli palmaire)

– Malformations cardiaques (50% des cas)

– Encéphalopathie : retard psychomoteur

I1.3 Aberrations chromosomiques (ou anomalies chromosomiques)

SYNTHESE I 1.3.1 LES ANOMALIES CONCERNANT LE NOMBRE DE CHR.

Elles portent sur 1 seul Chr : ce sont des aneuploïdies. Elles sont dues à une non-disjonction des Chr au cours de la formation des gamètes parentaux (méiose).

• Trisomie : le caryotype présente 47 Chr soit 1 chromosome surnuméraire (1 Chr de trop)

Trisomie 21 ou syndrome de Down = 47, XX + 21 ou 47, XY + 21Syndrome de Klinefelter = 47, XXYSyndrome de Jacob = 47, XYY

• Monosomie : le caryotype présente 45 Chr soit 1 chromosome de moins.Syndrome de Turner = monosomie X : 45, X

I 1.3.2 LES ANOMALIES CONCERNANT LA STRUCTURE DES CHR. Elles sont dues à des cassures de Chr qui apparaissent au cours de la formation des gamètes parentaux (méiose).– Délétions– Translocations– inversions

MOTS CLES

• Anomalies de nombre :

o Syndrome de Down (trisomie 21),

o Syndrome de Klinefelter,

o Syndrome de Turner.

• Anomalies de structure :

o Délétions

o Translocations

o Inversions

Dépistage prénatal de la trisomie 21• Dépistage systématique des grossesses à risque quelque soit l’âge de la

mère :– Dosages d’hormones dans le sang maternel entre la 14ème et la 17ème

semaine d’aménorrhée. : • gonadotrophine chorionique = hCG , • alpha foetoprotéine • œstriol libre

Test fiable dans 70% des cas.– Échographie : recherche de la clarté nucale à la 10ème semaine.

Dépistage prénatal de la trisomie 21• Caryotype du fœtus si la mère est âgée de plus

de 38 ans. Les cellules fœtales sont prélevées par amniocentèse entre la 16ème et la 17ème

semaines de grossesse.

I 1.4 Indications du caryotype

SYNTHESE

Le caryotype est surtout prescrit dans le cadre d’un diagnostic prénatal.

Essentiellement pour le diagnostic de trisomie 21, chez les femmes de plus de 38 ans et pour toutes les grossesses dépistées à risque suite aux dosages sanguins d’hormones et à l’échographie de la 12ème semaine.

MOTS CLES

• Diagnostic prénatal

I2 STRUCTURE ET ULTRASTRUCTURE DU CHROMOSOME

• Différents états du matériel génétique au cours de la vie d’une cellule eucaryote.

a : chromatine (MET x 37500)

b : chromosome métaphasique (MET x 8200)

LA CHROMATINE EST CONSTITUEE DE NUCLEOFILAMENTS OU FILAMENTS NUCLEOSOMIQUES

• Chaque filament de chromatine ou nucléo filament est

constitué : 1 longue chaîne d’ADN

Protéines = histones

Nucléosome = amas de 8 histones+ ADN

DE L’ADN AU CHROMOSOME METAPHASIQUE

EUCHROMATINE = chromatine peu condensée qui présente une activité transcriptionnelle.

HETEROCHROMATINE = chromatine condensée (structures solénoïdes) inactive au niveau transcriptionnel.

I2 STRUCTURE DU CHROMOSOMESYNTHESE• Un Chr est constitué de chromatine à l’état condensé.• La chromatine est un assemblage d’ADN et de protéines,

les histones . Cet assemblage constitue un filament de chromatine ou nucléofilament, appelé aussi le collier de perles.

• ADN + 8 histones = 1 nucléosome (une perle du collier).• Au moment de la mitose la chromatine se condense en

Chr, visible au microscope optique, constitué de 2 chromatides identiques

Télomères

centromère1 chromatide

1 bras

MOTS CLES

• Chromatine condensée

• nucléofilament

• Nucléosome

• histones

ADN = ACIDE DESOXYRIBONUCLEIQUEpolymère de nucléotides

Chaque nucléotide est lui-même formé de 3 composants :– Une base azotée : 4 types de bases azotées forment un

nucléotide, l’adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C) et la thymine (T).

– Un sucre : le désoxyribose.

– Un groupement phosphate.

ADN :molécule bi caténaire

=double chaîne de

nucléotides

ADNLiaisons hydrogènes

I2 ULTRASTRUCTURE DU CHROMOSOME

SYNTHESE ADN :• chaîne bicaténaire• Polymère de nucléotides.

P = acide phosphorique ou phosphateS = glucide = désoxyribose 1 nucléotideB = base azotée,4 bases :

A = adénine T = thymine C = cytosine G = guanine5’ P_ S _ P _ S _ P _ S 3’

B B Bliaisons hydrogène

B B B

3’ S _ P _ S _ P _ S _ P 5’

Complémentarité des bases : A T C G

MOTS CLES

• ADN = polymère de nucléotides

• 1 Nucléotide = o acide phosphorique ou phosphate

odésoxyribose

o4 bases azotées : A = adénine T = thymine C = cytosine G = guanine

I3 LE GENOME ET LES GENESAllèles : différentes formes (versions) d’un même gène. (modification

de la séquence des nucléotides)

I3 LE GENOME ET LES GENESSYNTHESE

• Les chromosomes portent les gènes.

• Gène : unité d’information génétique, correspondant à une séquence d’ADN d’un Chr, codant pour la synthèse d’une protéine ou un peptide.

• Génome : totalité des gènes contenue dans une cellule.

• Locus : emplacement d’un gène sur un chromosome.

• Allèles : différentes formes d’un même gène, et occupant le même locus sur les Chr homologues.

MOTS CLES

• Gène

• Génome

• Locus

• allèle