Université Hassan II Faculté de Médecine et de … · Casablanca - Cours de Biologie Cellulaire- Pr. Tahiri Jouti N. Année Universitaire 2015-2016 . Le Noyau Interphasique . Introduction

Université Hassan II Faculté de Médecine et de Pharmacie

Casablanca

- Cours de Biologie Cellulaire-

Pr. Tahiri Jouti N. Année Universitaire 2015-2016

Le Noyau Interphasique

Introduction

Noyau

- centre organisateur de la cellule.

- présent dans la cellule eucaryote:

eu = vrai, caryos = noyau

- présent dans la cellule en Interphase

- disparaît au moment de la division cellulaire.

I / Définition et caractères généraux

- Organite volumineux , ovoïde

- 6 % du volume cellulaire - Contient l’information génétique

- Caractérisé par : taille forme nombre position

Taille

- 5 à 6 μm en fonction du type cellulaire

- Volume donné par le rapport

nucléo-cytoplasmique : Vn/Vc

- > 1 dans les cellules indifférenciées

- < 0,15 dans les cellules adultes

Sauf lymphocytes : RNC ~ O,8

Forme (1)

- Fonction du : ►type cellulaire arrondi :

Cellules lymphoïdes neurones hépatocytes

Forme (2)

- Fonction du : ►type cellulaire ovoïde :

cellules musculaires, fibroblastes, entérocytes

Forme (3)

- Fonction du : ►type cellulaire polylobé :

polynucléaires

Forme (4)

- stade de différenciation: encoché, « clivé » : dans les cellules lymphoïdes

- état fonctionnel

Nombre (1)

- Absent : hématie, kératinocyte….

Nombre (2)

- Généralement unique

- C. binucléées :

hépatocytes,

cellules cardiaques,

C. épithélium urinaire

Nombre (3)

- C. plurinucléées :

ostéoclastes

30 à 50 noyaux

Position

- Centrale : lymphocytes, fibroblastes, C. des glandes endocrines

- Refoulé à la base de la cellule :

C. muqueuses, C.exocrines

- Périphérique :

C. musculaires, adipocytes

Mise en évidence (1)

- Coloration standard : hématéine / éosine

► hématéine → chromatine colorée en bleu

► liaison due à l’électronégativité des groupements phosphates

►basophilie du noyau

Mise en évidence (2)

Colorations spéciales : Au Bleu de Toluidine, Coloration de Feulgen Test de Brachet :

- Vert de méthyle → chromatine (noyau) en vert

- Pyronine → ARN (cytoplasme) en rouge traitement par DNAse, RNAse

→ annule la coloration → spécifité

II / Constituants du noyau

- L’enveloppe nucléaire

- Le nucléole

- Le nucléoplasme

- La chromatine

Enveloppe nucléaire

- Double membrane : externe, interne

- Lamina nucléaire

- Espace périnucléaire

- Pores nucléaires ou complexes de pores

Membrane externe

- Fait face au cytoplasme

- Trilaminaire : 6 à 8 nm épaisseur

- Porte des ribosomes

- Continuité avec REG : ponts

(système endomembranaire)

Membrane interne

- En contact avec le nucléoplasme et la chromatine

- Trilaminaire : 6 à 8 nm épaisseur

- Tapissée par la lamina nucléaire du côté du nucléoplasme

Lamina nucléaire (1) - Tapisse la face interne de la

membrane interne

- Constituée par des filaments

de lamine qui forment une

structure grillagée

- Lamines: protéines, filaments

intermédiaires

membres de la famille

des protéines du cytosquelette

Lamina nucléaire (2)

- deux types de lamines : - type A (lamine A et lamine C). - type B (lamine B1 et lamine B2)

- Lamines A présentes dans toutes les cellules

- Lamines B présentes seulement dans les cellules indifférenciées

Lamina nucléaire (3)

- Stabilise

- l’enveloppe nucléaire

- les pores nucléaires à travers leur arrangement spatial

→ maintien de la forme du noyau et résistance mécanique de l’enveloppe nucléaire.

- fixe la chromatine

→ organisation et fonctionnement du génome:

réplication de l’ADN et transcription à travers la fixation à des facteurs de transcription

Espace périnucléaire

- Occupé par partie C-terminale des protéines intrinsèques de la membrane interne

- Protéines caractérisées :

- Peptides associés aux lamines (Lamine Associated Peptide) « LAP »

- Récepteur de la lamine B - Emerine

- Ensemble de troubles liés à une altération des lamines

- Une dizaine de pathologies déjà connue, près de 200 mutations du gène LMNA (code pour les protéines lamines A et C)

- Pathologies caractérisées par un spectre large de troubles musculaires, cardiaques, neurologiques, osseux ou cutanés.

laminopathies: Maladies génétiques dues à des

mutations des lamines de type A (lamines A et C)

http://www.facbio.com/content/index.php?option=com_content&task=view&id=48&Itemid=70&limit=1&limitstart=3

Nombreuses mutations décrites

- Dystrophie musculaire d’Emery-Dreifuss - Dystrophie musculaire de type IB et la cardiomyopathie dilatée - Lipodystrophie de type Dunningan (pathologie du tissu adipeux) - Dysplasie mandibuloacrale (pathologie affectant le développement osseux) - Maladie de Charcot Marie Tooth (pathologie du nerf périphérique) - Progéria (vieillissement prématuré) due à l'accumulation de lamine A

LAMINOPATHIES

- Progéria (vieillissement prématuré) due à l'accumulation de lamine A

Mutation du gène LMNA situé sur le chromosome 1 production d’une protéine tronquée: la progérine, qui - reste ancrée dans la

membrane du noyau des cellules

- s’y accumule - entraîne sa déformation

et des dysfonctions.

Protéines impliquées dans les Maladies Neuromusculaires

Complexe de pore nucléaire (1)

- Structure annulaire de 120 nm de diamètre 200 nm de hauteur - Constituée de 2 anneaux : - cytoplasmique

- nucléaire - 8 sous unités globulaires par anneau - 50 protéines différentes : Nucléoporines


- Anneau cytoplasmique : 8 fibrilles de 50 nm long - Anneau nucléaire : 8 filaments de 100 nm long fixés sur un anneau distal de diamètre plus faible → formation d’un « panier ou cage nucléaire »




Le complexe de pore est :

- encastré dans l’enveloppe nucléaire par un anneau luminal

- stabilisé par des protéines membranaires dont les lamines


- Nucléoporines : 50 protéines différentes

localisées :

- dans les sous unités (globulaires) des anneaux

- au niveau des fibrilles et des filaments

interviennent :

- reconnaissance et guidage des molécules à travers le complexe

Rôle de l’enveloppe nucléaire (1)

Transports nucléo-cytoplasmiques

→ diffusion passive : PM < 5 kD

entrée de nucléotides, ions, enzymes, histones

→ diffusion facilitée : PM de 5 à 50 kD

→ mécanisme actif : PM > 50 kD

sortie d’ARN et de pré-ribosomes grâce à des récepteurs spécifiques

Dalton

Un dalton = 1/12e de la masse d'un atome de carbone = la masse d'un atome d‘hydrogène

Le kilodalton (kDa) est beaucoup plus utilisé que le dalton en biologie et biochimie, du fait de la taille des molécules étudiées

Molécules cellulaires : masse comprise entre 20 et 100 kDa

Un acide aminé : 110 Da

Une base : 330 Da


- Transport bidirectionnel s'effectuant continuellement entre le cytosol et le noyau des:

- Protéines fonctionnant dans le noyau: les histones, les ADN et ARN polymérases, les protéines régulatrices de gènes et les protéines de maturation de l'ARN sélectivement importées du cytosol au compartiment nucléaire.

- ARNt et des ARNm synthétisés dans le compartiment nucléaire, puis exportés dans le cytosol

Transports Nucléo-Cytoplasmiques

Processus d'importation et d'exportation sélectifs

- Exemples:

- les ARNm exportés qu'après modification par les réactions de maturation de l'ARN dans le noyau.

- les protéines ribosomiques sont

1- fabriquées dans le cytosol

2- importées dans le noyau où elles s'assemblent en particules avec l'ARN ribosomique néoformé

3- puis exportées dans le cytosol en tant que partie des sous-unités ribosomiques.

Chaque étape nécessite un transport sélectif au travers de l'enveloppe nucléaire.

• Sélectivité du processus d'importation nucléaire réside dans les signaux de localisation nucléaire (NLS pour Nuclear Localization Signal) qui n'existent que sur les protéines nucléaires.

• NLS: une ou deux séquences riches en lysine et arginine (acides aminés de charge positive) dont la séquence varie entre les différentes protéines nucléaires.

Importation Nucléaire (1)

• Protéines nucléaires peuvent être transportées au travers du complexe du pore dans leur conformation complètement repliée

• Sous-unités ribosomiques néoformées transportées à l'extérieur du noyau sous forme de la particule assemblée

• les très grosses particules semblent se rétrécir lorsqu'elles se faufilent au travers du complexe: restructuration pendant leur transport :

Exemple: Exportation de certains très gros ARNm


Récepteurs d'importation: protéines cytosoliques solubles qui se fixent à la fois sur:

- les signaux de localisation nucléaire (NLS) de la protéine à transporter

et sur

- les nucléoporines, dont certaines forment les fibrilles


- Fibrilles et autres nucléoporines contiennent un grand nombre de courtes répétitions d'acides aminés à base de phénylalanine et de glycine, appelées répétitions FG

- Les répétitions FG :

- Sont des sites de liaison aux récepteurs d'importation.

- tapissent la voie empruntée au travers du complexe du pore nucléaire par les récepteurs d'importation chargés de leur cargaison protéique.


- Ces complexes protéiques se déplacent le long de la voie en se fixant, se dissociant et se fixant à nouveau de façon répétitive sur les séquences répétitives adjacentes.

- Une fois dans le noyau, les récepteurs d'importation se dissocient de leur cargaison et retournent dans le cytosol.


Cargaison protéique 1



Signal de localisation nucléaire

Récepteur d’importation nucléaire

Les récepteurs d'importation nucléaire:

- ne se fixent pas toujours directement sur les protéines nucléaires.

- utilisent parfois des protéines adaptatrices supplémentaires formant un pont entre le récepteur d'importation et les signaux de localisation nucléaire de la protéine à transporter



Cargaison protéique



Protéine adaptatrice d’importation

nucléaire

Récepteur d’importation nucléaire

Signal de localisation nucléaire

- l'exportation nucléaire s’effectue comme l’importation nucléaire, mais dans le sens inverse

- Les récepteurs d'exportation nucléaire structurellement proches des récepteurs d'importation nucléaire et codés par une même famille de gènes: celle des récepteurs de transport nucléaire ou

Caryophérines

Exportation Nucléaire (1)

Le transport consomme de l'énergie

- L’énergie provient de l'hydrolyse d'un GTP par une GTPase monomérique appelée Ran.

- La GTPase Ran actionne le transport directionnel au travers du complexe du pore nucléaire

- Ran est retrouvée à la lois dans le cytosol et dans le noyau et est nécessaire aux systèmes d'importation et d'exportation.

GTPase Ran (GuanineTriphosphatase Ran)

Ran: commutateur moléculaire existant sous deux conformations, selon qu'un GTP ou un GDP y est fixé

Conversion déclenchée par deux protéines régulatrices spécifiques du Ran :

- Protéine d'activation de la GTPase: GAP = GTP Activating Protein, cytosolique

- Facteur d'échange de la guanine, la GEF = Guanine Exchange Factor, nucléaire


Protéine d'activation de la GTPase: GAP = GTP Activating Protein, cytosolique

- déclenche l'hydrolyse du GTP

- transforme Ran-GTP en Ran-GDP

GAP = GTP Activating Protein

Facteur d'échange de la guanine, la GEF = Guanine Exchange Factor, nucléaire

- favorise l'échange du GDP en GTP

- transforme Ran-GDP en Ran-GTP

GEF = Guanine Exchange Factor


CYTOSOL

NOYAU



Nombre de CPN augmente en fonction de l’activité cellulaire

- Plus le noyau est transcriptionnellement actif, plus le nombre

de complexes du pore nucléaire est important

- L'enveloppe nucléaire d'une cellule de mammifères contient

entre 3000 et 4000 complexes du pore.

- Si la cellule synthétise de l'ADN, elle doit importer du cytosol

environ 106 molécules d'histones toutes les 3 minutes pour

empaqueter l'ADN néosynthétisé dans la chromatine.


→ nombre de CPN augmente fonction de l’activité cellulaire.

chaque complexe du pore doit transporter 100 molécules

histones par minute.

Dans une cellule de mammifères en prolifération

►1 MILLION de molécules transitent par les Complexes de

Pores Nucléaires par MINUTE

Biogénèse de l’enveloppe nucléaire (1)

Les complexes de pores nucléaires

- restent intacts

- seront réassociés lors de la formation de l’enveloppe nucléaire


- Apparaît en interphase

- Est le produit de :

- la fusion autour de la lamina des vésicules du RE

associée

- à des synthèses cytoplasmiques - Disparaît en mitose après dissociation de

la lamina


Nucléole (1)

En microscopie optique : - Organite nucléaire sphérique ou ovoïde

- N’est pas limité par une membrane

- Incomplètement cerné par la chromatine

- Disparaît en mitose

Nucléole (2)

En microscopie électronique, comporte 2 zones:

- Régions claires

- Régions sombres * Une zone périphérique granulaire :

ARN, pré-ribosomes * Une zone centrale fibrillaire : ADN

ribosomal ou organisateur nucléolaire

Les 2 zones contiennent des protéines

Nucléole (3)

Nucléole (4)

L’ADNr ou organisateur nucléolaire correspond à des boucles

- situées sur les CHS 13,14,15,21,22

- constituent, en fin de mitose, 10 petits nucléoles qui fusionneront

► nucléole unique

Nucléole : Synthèse des ribosomes

1/ transcription de l’ADNr en ARNr 45S

2/ clivage de l’ARNr 45S en : ARNr 28S, 18S, 5,8S

3/ ARN 5S tanscrit à partir du CHS 1

4/ début d’association avec des protéines

provenant du cytosol

Nucléole (4)

5/ Assemblage des protéines cytosoliques et des ARNr

deux sous-unités pré-ribosomiques

6/ Passage des pré-ribosomes à travers les pores nucléaires

Nucléole (5)

cellule au repos → diminution

du nombre des nucléoles Synthèse protéique → augmentation

de la taille du nucléole

Nucléoplasme (1)

- Gel renfermant :

→ nucléoles

→ chromatine

→ nucléocytosquelette

- Composition biochimique proche de celle du hyaloplasme

Nucléoplasme (2)

- Nucléocytosquelette constitué de protéines fibreuses dont l’actine

- Siège du métabolisme nucléaire :

Réplication de l’ADN, transcription de l’ARN….

Chromatine (1)

- correspond à la forme décondensée des

chromosomes

- structure complexe constituée :

- d’ADN

- de protéines

- ~ 2 mètres d’ADN doivent être contenus dans un noyau de quelques microns

Chromatine (2)

- On distingue 2 types de chromatine :

- Euchromatine ou chromatine diffuse

- Hétérochromatine ou chromatine condensée

et la Chromatine sexuelle ou Corpuscule de Barr

Chromatine (3)

L’euchromatine :

- totalement décondensée pendant l’interphase

- répartie dans le nucléoplasme

- active sur le plan transcriptionnel

- 10% de la chromatine totale

L’Euchromatine

correspond aux zones grises

Chromatine (4)

L’hétérochromatine : - plus ou moins condensée tout au long du cycle

cellulaire - localisée : * principalement en périphérie - du noyau (contre la lamina nucléaire) - du nucléole * dispersée en mottes dans le nucléoplasme

L’Hétérochromatine

Chromatine (5)

L’hétérochromatine constitutive:

- 90% de la chromatine totale

- inactive sur le plan transcriptionnel

- située à proximité des centromères et des télomères

Chromatine (6)

Chromatine Sexuelle ou Corpuscule de Barr :

- petite masse d’hétérochromatine située contre l’enveloppe nucléaire

- résulte de l’inactivation au hasard de l’un

des CHS X chez la FEMME

- Corpuscule de Barr n’existe pas chez l’homme normal

Chromatine Sexuelle ou Corpuscule de Barr

Chromatine Sexuelle : Corpuscule de Barr

Chromatine Sexuelle ou Corpuscule de Barr


- Nombre de X – 1 = Nombre de Corpuscules de Barr

- Individu A : 46 chromosomes dont

XY, 0 corpuscule de Barr - Individu B : 46 chromosomes dont

XX, 1 corpuscule de Barr



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