Le noyau de la cellute : rôle, structure et organisation

Thèmes abordés

Noyau, cellule, chromatine, nucléole, RNP ribosomales, RNP nucléaires

Résumé du document

Généralités sur le noyau

-la quasi-totalité de l'ADN de la cellule se trouve dans le noyau, le reste étant dans la mitochondrie
-noyau = 10% du volume cellulaire
-il est délimité par l'enveloppe nucléaire, formée de 2 membranes concentriques
-sur ces membranes, des pores nucléaires permettent le trafic nucléoplasmique
-espace périnucléaire : espace, ou lumière, délimité par les 2 membranes
-l'enveloppe nucléaire est emprisonnée par 2 réseaux de FI :
•FI du cytosquelette : situés à l'extérieur de l'enveloppe, ils ne sont pas directement rattachés à
l'enveloppe nucléaire ; rôle de protection
•FI du noyau : situés à l'intérieur de l'enveloppe, ils forment la lamina nucléaire ou nucléocortex
ou nucléosquelette, et sont rattachés à la membrane interne

-la taille du noyau reflète l'activité cellulaire, mais le rapport nucléoplasmique rnp est spécifique d'1 type de tissu :
-le noyau, qui permet de concentrer les protéines ayant un effet sur l'ADN, différencie les eucaryotes des procaryotes : les eucaryotes, contrairement aux procaryotes, ont un cytosquelette permettant les mouvements intracellulaires ; il faut donc protéger l'ADN de ces mouvements, grâce au noyau
-chez les eucaryotes, l'ARN est modifié par l'épissage alternatif, avant la synthèse des protéines, alors que chez les procaryotes, tout se fait simultanément dans le même compartiment
=> la cellule eucaryote peut fabriquer plusieurs protéines différentes à partir d'1 même gène

Extraits

[...] La partie condensée du chromosome interphasique Grâce à d'autres protéines de compactage, on obtient l'hétérochromatine, encore plus compactée. [...]

[...] Les ARNs vont participer à la formation des 2 sous-unités ribosomales selon la répartition suivante : - grande sous-unité = ARN 28S + ARN 5,8S + ARN 5S - petite sous-unité = ARN 18S Exportation des RNP ribosomales et RNP nucléaires 11- Les différentes RNP nucléaires - RNP ribosomales synthétisées dans le nucléole - RNP nucléaires hétérogènes composées des ARN pré-messagers complexés à des protéines - SNURPS (small nuclear ribonucleoproteins) contenant des ARN structuraux Pathologie : lupus érythémateux disséminé, pathologie auto-immune le patient développe des a-c contre ses SNURPS 12- Exportation des RNP nucléaires - que pour les RNPr et RNPnh fois leur épissage terminé - les SNURPS ne sortent pas du noyau, sauf dans le cas du SRP (voir RE) - les RNP étant trop grosses, l'exportation est un phénomène spécifique : une séquence-signal nes, placée au niveau des protéines de la RNP, est reconnue par l'exportine l'exportine, protéine nucléaire, se fixe sur un pore et induit sa dilatation par action du GTP la RNP entre ainsi dans le cytoplasme, et l'exportine est recyclée dans le noyau de la même façon qu'est recyclée l'importine dans le cytoplasme - dans le cytoplasme, les RNPnh libèrent l'ARNm traduction possible - les protéines des RNP possèdent à la fois 1 nls et 1 nes - les RNPr ne sont pas modifiées dans le cytoplasme, et ne retournent jamais dans le noyau, leur nls étant masqué - l'ARNt est le seul ARN exporté directement, sans complexe protéique, par l'exportine Pathologie : la protéine ReV du VIH possède un nes très puissant ; elle se fixe à l'ARN viral pour l'exporter plus vite, et donc permettre la synthèse de protéines virales plus rapidement DOGME : la synthèse des protéines n'a lieu que dans le cytoplasme En fait, il existe une synthèse de protéines dans le noyau par les sous-unités ribosomales, mais en petite quantité : c'est un contrôle de qualité pour certains ARNm La matrice nucléaire et pathologies liées au noyau - des constituants protéiniques fibreux organisent les fonctions nucléaires : ce sont les NUMA (nuclear matrix) - ces protéines forment un réseau lâche, ou échafaudage (scaffolding), semblable à l'actine gel - l'ADN se fixerait sur ce réseau pour élaborer des boucles chromosomiques, (voir partie étalée du chromosome interphasique) et ainsi sélectionner les gènes devant être transcrits - ces protéines ont également un rôle de maturation et de transport des RNP Pathologies : - cancers (sein, prostate) dans lesquels les NUMA sont anormales dysfonctionnement du métabolisme de l'ADN On peut maintenant faire des diagnostics précoces en détectant ces néoprotéines - Progeria : vieillissement accéléré et myopathie, dus à des défauts d'attachement entre lamines et chromatine Découverte et débat : guide pour l'auto-méditation post-expectative Il y aurait de l'actine associée à la matrice nucléaire dans le noyau. [...]

[...] - les ARN polymérases : types I et III : transcription de petits ARN structuraux (ARNt, ARNr, et petit ARNs) type II : - transcription de l'ADN en ARNm - le produit brut est l'ARN pré-messager ou nuclear hétérogène qui se complexe à des protéines RNPnh - ensuite, épissage, puis sortie du noyau : c'est l'ARNm mature Lors de la réplication - pendant la phase S du cycle cellulaire, avant la mitose - tout l'ADN est répliqué car sinon, le génome ne serait pas conservé - l'euchromatine, ADN le plus accessible car peu compacté, est répliquée en premier - l'hétérochromatine, qui doit être décondensée, est répliquée en dernier Nucléole et synthèse des RNP ribosomales Constituants biochimiques Le nucléole est une région du noyau dense aux et nettement individualisée. [...]

[...] Chapt VI LE NOYAU Rôles et caractères généraux Généralités sur le noyau - la quasi-totalité de l'ADN de la cellule se trouve dans le noyau, le reste étant dans la mitochondrie - noyau = 10% du volume cellulaire - il est délimité par l'enveloppe nucléaire, formée de 2 membranes concentriques - sur ces membranes, des pores nucléaires permettent le trafic nucléoplasmique - espace périnucléaire : espace, ou lumière, délimité par les 2 membranes - l'enveloppe nucléaire est emprisonnée par 2 réseaux de FI : FI du cytosquelette : situés à l'extérieur de l'enveloppe, ils ne sont pas directement rattachés à l'enveloppe nucléaire ; rôle de protection FI du noyau : situés à l'intérieur de l'enveloppe, ils forment la lamina nucléaire ou nucléocortex ou nucléosquelette, et sont rattachés à la membrane interne - la taille du noyau reflète l'activité cellulaire, mais le rapport nucléoplasmique rnp est spécifique d'1 type de tissu : - le noyau, qui permet de concentrer les protéines ayant un effet sur l'ADN, différencie les eucaryotes des procaryotes : les eucaryotes, contrairement aux procaryotes, ont un cytosquelette permettant les mouvements intracellulaires ; il faut donc protéger l'ADN de ces mouvements, grâce au noyau - chez les eucaryotes, l'ARN est modifié par l'épissage alternatif, avant la synthèse des protéines, alors que chez les procaryotes, tout se fait simultanément dans le même compartiment la cellule eucaryote peut fabriquer plusieurs protéines différentes à partir d'1 même gène La chromatine, complexe ADN/protéines à l'intérieur du noyau (MET) - hétérochromatine : très dense aux on la trouve en périphérie du noyau et autour du nucléole (qui sert à la synthèse des ribonucléoprotéines RNP), au contact de la membrane interne - euchromatine : moins dense, on la trouve dans tout le reste du compartiment nucléaire Quelques exceptions - cellules sans noyau : hématies et kératinocytes, issus d'une hyperspécialisation cellulaire ex : érythroblaste expulse son noyau par bourgeonnement ( réticulocyte expulse ses organites ( hématie - cellules à plusieurs noyaux : hépatocyte binucléé : réplication du matériel génétique sans cytodiérèse syncytia : 2 cellules fusionnent pour mettre en commun leur cytoplasme, et forment un syncytium ; c'est le cas des cellules de la moelle osseuse et des cellules infectées par le VIH les syncytia sont le reflet de l'infection virale par le VIH - cellules à noyau polylobé : le noyau présente plusieurs lobes, reliés entre eux par l'enveloppe nucléaire ; ces cellules ont une forte activité (ex : polynucléaires et cellules tumorales) L'enveloppe nucléaire - elle est en continuité avec les saccules de RE - les membranes interne et externe sont jointives dans la région des pores nucléaires Membrane externe et membrane interne La membrane externe - parsemée de ribosomes synthèse protéique - mêmes caractéristiques biochimiques que la membrane du RE - elle possède plus de protéines transmembranaires et enzymatiques que la membrane plasmique La membrane externe - elle se caractérise par des protéines récepteurs pour les lamines et les histones (liés à l'ADN et impliqués dans la structure de la chromatine) - elle n'est pas enrichie en protéines transmembranaires Nucléosquelette ou lamina nucléaire - les lamines B et C en sont les principales protéines : domaine central plus long que les autres FI elles forment un réseau à mailles carrées recouvrant toute la surface interne du noyau (10 à 20 nm d'épaisseur), sauf les pores nucléaires elles possèdent un signal de localisation nucléaire (nls) elles forment un réseau dynamique, comme on peut le constater lors de la mitose : - début de mitose : les lamines, phosphorylées, se détachent de la membrane nucléaire qui se fragmente en petites vésicules ; 1 seule lamine par fragment membranaire - fin de mitose : les lamines, déphosphorylées, retrouvent leur affinité et l'enveloppe se reforme ; en fait, ce sont évidemment 2 membranes qui se reforment autour du MG Rq : - les protéines nucléaires possèdent un nls qui leur permet de rentrer dans le noyau via ses pores - les pores nucléaires sont inclus dans les vésicules lors de la mitose Pathologies : - dans certaines myopathies, il y a des défauts de fonctionnement des lamines ; on parle de laminopathies, pathologies liées à des mutations des gènes des lamines - Progeria : maladie rare, vieillissement précoce et rapide des tissus où il y a beaucoup de divisions cellulaires (peau, moelle osseuse) ; les cellules ne peuvent plus se diviser ; pathologie associée à la phosphorylation/déphosphorylation Les pores nucléaires : 1/3 de la surface nucléaire Il y en a 3000-4000 par noyau, et leur nombre est corrélé avec l'activité cellulaire. [...]

[...] - différents types ARN : - ARNm, messager, traduit en protéine au niveau du ribosome - ARNt, de transfert - ARNr, ribosomal, qui forme les sous-unités ribosomales le gène, portion d'ADN codant pour une protéine - exons : séquences codantes d'un gène - introns : séquences non codantes d'un gène - le gène est transcrit (exons et introns) en ARN pré-messager - puis épissage de l'ARN pré-messager : les introns, non codants, sont excisés ARNm mature - si épissage alternatif, on obtient plusieurs molécules différentes à partir d'1 gène Rq : - le squelette pentose-phosphate confère des charges dans une cellule humaine : 46 chromosomes, dont 22 paires d'autosomes, et 1 paire de gonosomes chromosomes sexuels) - les chromosomes n'existent que lors de la mitose : en dehors de celle-ci, on observe une grosse masse : la chromatine - moins de de l'ADN est codant (20000-25000 gènes pour 100000 protéines) - pour les 98% restant, peut-être : - rôle embryonnaire - ne servent à rien (souris viables si on retire ces Mais il y a beaucoup de redondances dans ces 98% Protéines fixées à l'ADN Histones - spécifiques des eucaryotes - présents en quantité très importante dans la chromatine : masse des histones = masse de l'ADN - chargés + car formés d'aa basiques (Arg et Lys) fixation sur le squelette pentose-phosphate, et ce, indépendamment des bases - ces protéines possèdent un nls pour une importation rapide - rôle de compaction vis-à-vis des longues chaînes d'ADN du noyau - tout l'ADN n'est pas replié de la même façon au même moment, ce qui influe sur la transcription, et donc sur la différenciation cellulaire On distingue 2 types d'histones : les histones nucléosomiques H2A, H2B, H3, H4 - très conservés du point de vue évolutif : seulement 2 aa de différence entre les histones humains et ceux des plantes - 2 dimères H2A-H2B et 2 dimères H3-H4 s'associent pour former le noyau nucléosomique l'histone H1 : moins conservé que les autres, il est plus volumineux et a un noyau globulaire Protéines non-histones - proportion de 1 protéine non-histone pour histones protéines relativement peu nombreuses - protéines très diversifiées mais mal connues - protéines régulatrices de la transcription et de la réplication - protéines spécifiques de certaines régions de l'ADN - dans certains cas, rôle de compaction à des niveaux supplémentaires vis-à- vis de l'ADN Niveaux de condensation de la fibre chromatinienne Le nucléosome et la structure en collier de perles - nucléosome : unité fondamentale de compaction qui forme les perles du collier de perle - structure : la fibre chromatinienne s'enroule en 2 tours autour d'1 noyau nucléosomique - ADN nucléosomique : ADN enroulé autour du noyau nucléosomique (146 et de longueur fixe - lien internucléosomique : - ADN situé entre 2 noyaux nucléosomiques, et de longueur variable 80 pB, et en moyenne 60 pB) - contient aussi des protéines non-histones de régulation Rq : - la fibre chromatinienne prend très rarement cette forme de collier de perles - actuellement, on pense que les nucléosomes forment des tétramères pendant la transcription La fibre de 30 nm - l'histone H1 permet d'atteindre ce niveau de compaction : il se fixe au nucléosome par son domaine globulaire son extrémité Nt se fixe à l'extrémité Ct de l'histone H1 voisin d'où empilement des nucléosomes adjacents compactage d'aspect structure en solénoïde - des régions restent dépourvues de nucléosome : on y trouve des protéines non-histones de régulation La partie étalée du chromosome interphasique Boucles formées par la fibre de 30 nm : c'est l'euchromatine. [...]