Université Hassan II Faculté de Médecine et de Pharmacie Casablanca - Cours de Biologie Cellulaire-.pdf
1. Université Hassan II
Faculté de Médecine et de Pharmacie
Casablanca
- Cours de Biologie Cellulaire-
Pr. Tahiri Jouti N.
Année Universitaire 2015-2016
3. 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.
4. I / Définition et caractères généraux
- Organite volumineux , ovoïde
- 6 % du volume cellulaire
- Contient l’information génétique
- Caractérisé par : taille
forme
nombre
position
5. 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
6. Forme (1)
- Fonction du :
►type cellulaire arrondi :
Cellules lymphoïdes
neurones
hépatocytes
7. Forme (2)
- Fonction du :
►type cellulaire ovoïde :
cellules musculaires,
fibroblastes,
entérocytes
13. Position
- Centrale : lymphocytes, fibroblastes, C. des glandes
endocrines
- Refoulé à la base de la cellule :
C. muqueuses, C.exocrines
- Périphérique :
C. musculaires, adipocytes
14. Mise en évidence (1)
- Coloration standard : hématéine / éosine
► hématéine → chromatine colorée en
bleu
► liaison due à l’électronégativité des
groupements phosphates
►basophilie du noyau
15. 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
16. II / Constituants du noyau
- L’enveloppe nucléaire
- Le nucléole
- Le nucléoplasme
- La chromatine
18. Membrane externe
- Fait face au cytoplasme
- Trilaminaire : 6 à 8 nm
épaisseur
- Porte des ribosomes
- Continuité avec REG : ponts
(système endomembranaire)
19. 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
20. 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
21. 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
22. 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
23. 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
24. - 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)
25. 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
26. - 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.
28. 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
29. Complexe de pore nucléaire (2)
- 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 »
32. Complexe de pore nucléaire (5)
Le complexe de pore est :
- encastré dans l’enveloppe nucléaire
par un anneau luminal
- stabilisé par des protéines
membranaires dont les lamines
33. Complexe de pore nucléaire (6)
- 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
34. 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
35. 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
36. Rôle de l’enveloppe nucléaire (2)
- 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
37. 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.
38. • 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)
39. • 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
Importation Nucléaire (2)
40. 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
Importation Nucléaire (3)
41. - 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.
Importation Nucléaire (4)
42. - 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.
Importation Nucléaire (5)
Cargaison
protéique 1
Cargaison
protéique 2
Cargaison
protéique 3
Signal de
localisation nucléaire
Récepteur
d’importation
nucléaire
43. 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
Importation Nucléaire (6)
45. - 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)
46. 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)
47. 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
GTPase Ran (GuanineTriphosphatase Ran)
48. 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
49. 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
53. Rôle de l’enveloppe nucléaire (2)
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.
54. Rôle de l’enveloppe nucléaire (3)
→ 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
55. Biogénèse de l’enveloppe nucléaire (1)
Les complexes de pores nucléaires
- restent intacts
- seront réassociés lors de la
formation de l’enveloppe nucléaire
56. Biogénèse de l’enveloppe nucléaire (2)
- 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
58. 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
59. 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
61. 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
62. 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
63. 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
64. Nucléole (5)
cellule au repos → diminution
du nombre des nucléoles
Synthèse protéique → augmentation
de la taille du nucléole
65. Nucléoplasme (1)
- Gel renfermant :
→ nucléoles
→ chromatine
→ nucléocytosquelette
- Composition biochimique proche de
celle du hyaloplasme
66. Nucléoplasme (2)
- Nucléocytosquelette constitué de
protéines fibreuses dont l’actine
- Siège du métabolisme nucléaire :
Réplication de l’ADN, transcription de
l’ARN….
67. 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
68. Chromatine (2)
- On distingue 2 types de chromatine :
- Euchromatine ou chromatine diffuse
- Hétérochromatine ou chromatine
condensée
et la Chromatine sexuelle ou Corpuscule de
Barr
69. Chromatine (3)
L’euchromatine :
- totalement décondensée pendant
l’interphase
- répartie dans le nucléoplasme
- active sur le plan transcriptionnel
- 10% de la chromatine totale
71. 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
74. 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
77. - 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
Chromatine Sexuelle :
Corpuscule de Barr