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Les chromosomes procaryotes ont-ils des centromères ?

Les chromosomes procaryotes ont-ils des centromères ?



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Les chromosomes eucaryotes sont toujours linéaires… En revanche, les chromosomes procaryotes sont soit totalement dépourvus de centromères, soit porteurs de ce qu'on appelle les « centromères plasmidiques » qui ne sont pas indispensables (à quelques exceptions près, comme Caulobacter) (57,-60).

Qu'entend-on par chromosomes procaryotes porteurs de « centromères plasmidiques » ? Leurs chromosomes portent les centromères des plasmides ? Ont-ils des centromères ou non ?


Non, les procaryotes n'ont pas de centromères. Cependant, ils ont généralement une structure quelque peu analogue utilisée lors de la division cellulaire pour partitionner les chromosomes et les plasmides répliqués entre les deux cellules filles. La place analogue sur le chromosome ou le plasmide est la parS élément, une séquence d'ADN sur le chromosome ou le plasmide qui fait partie du système parABS. Ce système, composé de deux protéines (para et parB) de même que parS, forme un mécanisme pour séparer les copies d'un chromosome ou d'un plasmide pour les cellules filles.

parS est généralement appelé un site « de type centromère », mais est parfois appelé « centromère plasmidique », c'est pourquoi la citation utilise l'expression soi-disant « centromères plasmidiques ».


Centromère

Le centromère est le point sur un chromosome où les fibres du fuseau mitotique se fixent pour séparer les chromatides sœurs pendant la division cellulaire.

Lorsqu'une cellule cherche à se reproduire, elle doit d'abord faire une copie complète de chacun de ses chromosomes, pour s'assurer que leur cellule fille reçoive un complément complet de l'ADN de la cellule mère.

Les deux copies de chaque chromosome restent souvent collées ensemble jusqu'à ce qu'elles soient séparées, une copie allant à chaque cellule fille. Bien collées ensemble, ces deux copies sont appelées « chromatides sœurs ».

Lorsqu'une cellule se prépare à se diviser, les chromatides sœurs commencent à se décoller les unes des autres jusqu'à ce qu'elles soient presque complètement séparées. Ils restent cependant liés au centromère - une région spéciale qui joue un rôle vital dans la division cellulaire.

Au centromère, des éléments du cytosquelette de la cellule s'assemblent et se fixent. Tout d'abord, un complexe de protéines appelé kinétochore s'assemble autour de la région centromère de l'ADN, puis les fibres du fuseau mitotique se fixent au kinétochore. L'autre extrémité de ces fibres est ancrée aux extrémités opposées de la cellule mère, qui se divisera sous peu pour devenir de nouvelles cellules filles.

Lorsque les fibres du fuseau commencent à se contracter, les chromatides sont attirées vers les extrémités opposées de la cellule mère. De cette façon, lorsque les cellules mères se divisent en deux au cours de la cytokinèse, chaque chromatide sœur devient un chromosome de la nouvelle cellule fille.

Aux stades 3 et 4, l'ADN se condense en chromosomes serrés, dans lesquels les chromatides sœurs sont appariées et jointes au niveau de leur centromère. Au stade 5 illustré ci-dessous, les chromatides sœurs sont séparées des côtés opposés de la cellule.

Au stade 6, la cellule se scinde enfin en deux, séparant les sœurs en cellules filles.


Chromosomes, procaryotes

Le matériel génétique de micro-organismes , qu'ils soient procaryotes ou eucaryotes, est organisé de façon organisée. L'arrangement dans les deux cas est appelé chromosome.

Les chromosomes des micro-organismes procaryotes sont différents de ceux des micro-organismes eucaryotes, tels que Levure , en termes d'organisation et de disposition du matériel génétique. Procaryote ADN ont tendance à être plus étroitement regroupés, en termes d'étirements qui codent réellement pour quelque chose, que ne l'est l'ADN des cellules eucaryotes. En outre, la forme du chromosome diffère entre de nombreux procaryotes et eucaryotes . Par exemple, le acide désoxyribonucléique de levure (un micro-organisme eucaryote) est disposé en un certain nombre de bras linéaires, appelés chromosomes. En revanche, bactéries (le micro-organisme procaryote prototypique) manque de chromosomes. Au contraire, dans de nombreuses bactéries, l'ADN est disposé en cercle.

Le matériel chromosomique de virus Il peut adopter différentes structures. Acide nucléique viral, qu'il s'agisse d'ADN ou acide ribonucléique (ARN ) a tendance à adopter la disposition circulaire lorsqu'il est emballé à l'intérieur de la particule virale. Différents types de virus peuvent avoir des arrangements différents de l'acide nucléique. Cependant, l'ADN viral peut se comporter différemment à l'intérieur de l'hôte, où il peut rester autonome ou s'intégrer dans l'acide nucléique de l'hôte. Le comportement changeant du chromosome viral le rend plus approprié pour une discussion séparée.

L'arrangement circulaire de l'ADN a été la première forme découverte chez les bactéries. En effet, pendant de nombreuses années après cette découverte, l'idée de tout autre arrangement d'ADN bactérien n'a pas été sérieusement envisagée. Chez les bactéries, le chromosome bactérien circulaire est constitué de la double hélice d'ADN. Ainsi, les deux brins d'ADN sont entrelacés tout en étant orientés en cercle. L'arrangement circulaire de l'ADN permet la réplication du matériel génétique. En règle générale, la copie des deux brins d'ADN commence à un certain point, appelé origine de réplication. À partir de ce point, la réplication d'un brin d'ADN se déroule dans une direction, tandis que la réplication de l'autre brin se déroule dans la direction opposée. Chaque brin nouvellement fabriqué s'enroule également en hélice autour du brin modèle. L'effet est de générer deux nouveaux cercles, chacun constitué de la double hélice entrelacée.

L'arrangement circulaire de ce qu'on appelle l'ADN chromosomique est imité par plasmides . Les plasmides existent dans le cytoplasme et ne font pas partie du chromosome. L'ADN des plasmides a tendance à être enroulé de manière extrêmement serrée, bien plus que l'ADN chromosomique. Cette caractéristique de l'ADN plasmidique est souvent décrite comme un superenroulement. Selon le type de plasmide, la réplication peut impliquer une intégration dans le chromosome bactérien ou peut être indépendante. Ceux qui se répliquent indépendamment sont considérés comme des minichromosomes.

Les plasmides permettent aux gènes qu'ils hébergent d'être transférés rapidement d'une bactérie à l'autre. Souvent, ces gènes codent pour des protéines impliquées dans la résistance aux agents antibactériens ou à d'autres composés qui menacent la survie bactérienne, ou pour des protéines qui aident les bactéries à établir une infection (telle qu'une toxine).

L'arrangement circulaire de l'ADN bactérien a été démontré pour la première fois par microscopie électronique de Escherichia coli et Bacillus subtilus bactéries dans lesquelles l'ADN avait été délicatement libéré de la bactérie. Les images microscopiques ont clairement établi la nature circulaire de l'ADN libéré. À la suite de ces expériences, l'hypothèse était que le chromosome bactérien consistait en un grand cercle d'ADN. Cependant, depuis ces expériences, on a découvert que certaines bactéries possédaient un certain nombre de morceaux d'ADN circulaires, et même des chromosomes linéaires et parfois même des plasmides linéaires. Des exemples de bactéries avec plus d'un morceau d'ADN circulaire comprennent Brucella espèce, Déinocoque radiodurans, Leptospira interrogans, Paracoccus denitrificans, Rhodobacter sphaérodes, et Vibrio espèce. Des exemples de bactéries avec des formes linéaires d'ADN chromosomique sont Agrobacterium tumefaciens, Streptomyces espèces, et Borrelia espèce.

L'arrangement linéaire du chromosome bactérien n'a été découvert qu'à la fin des années 1970, et n'a été définitivement prouvé qu'avec l'avènement de la technique du gel en champ pulsé. électrophorèse une décennie plus tard. La première bactérie possédant un chromosome linéaire a été Borrelia burgdorferi.

Les chromosomes linéaires des bactéries sont similaires à ceux des eucaryotes tels que la levure en ce qu'ils ont des régions spécialisées d'ADN à l'extrémité de chaque double brin d'ADN. Ces régions sont appelées télomères et servent de limites pour encadrer les segments codants de l'ADN. Les télomères retardent également le déroulement des doubles brins d'ADN en épinglant essentiellement les extrémités de chaque brin avec le brin complémentaire.

Il existe deux types de télomères chez les bactéries. Un type est appelé télomère en épingle à cheveux. Comme son nom l'indique, les télomères se courbent de l'extrémité d'un brin d'ADN à l'extrémité du brin complémentaire. L'autre type de télomère est connu sous le nom de télomère invertron. Ce type agit pour permettre un chevauchement entre les extrémités des brins d'ADN complémentaires.

La réplication d'un chromosome bactérien linéaire se fait à partir d'une extrémité, un peu comme le fonctionnement d'une fermeture éclair. Au fur et à mesure que la réplication descend la double hélice, deux queues des doubles hélices filles se forment derrière le point de réplication.

La recherche sur la structure et la fonction des chromosomes bactériens a eu tendance à se concentrer sur Escherichia coli comme micro-organisme modèle. Cette bactérie est un excellent système pour de telles études. Cependant, comme la diversité de la vie bactérienne est devenue plus apparente au début des années 1970, les limites de l'extrapolation des résultats de la Escherichia coli chromosome aux bactéries en général a également plus apparente. On sait très peu, par exemple, de la structure chromosomique des Archae, des formes de vie primitives qui partagent des caractéristiques avec les procaryotes et les eucaryotes, et de ces bactéries qui peuvent vivre dans des environnements que l'on croyait auparavant totalement inhospitaliers pour croissance bactérienne .

Voir également Identification génétique des microorganismes Régulation génétique des cellules procaryotes Génétique microbienne Génétique virale Génétique des levures


Similitudes entre les chromosomes procaryotes et eucaryotes

Ø Le chromosome des procaryotes et des eucaryotes contient le matériel génétique ADN.

Ø La composition chimique et l'organisation structurelle de l'ADN sont similaires chez les procaryotes et les eucaryotes.

Ø Chez les procaryotes comme chez les eucaryotes, l'expression du matériel génétique est facilitée par la transcription et la traduction.

Ø Dans les deux groupes, l'ADN chargé négativement interagit avec certaines protéines chargées positivement pour annuler leurs charges.

Ø Le matériel génétique contient à la fois des séquences codantes et non codantes.

Ø Dans les deux groupes, la méthylation de l'ADN dans le chromosome provoque son inactivation.

Ø Les deux groupes contiennent du matériel génétique extra-chromosomique. (plasmides chez les procaryotes et ADN des mitochondries et des chloroplastes chez les eucaryotes)


Centromère : Structure et types | Chromosomes

Le site de constriction dans un chromosome au microscope optique est généralement considéré comme la position du centromère. On pense généralement que l'hétérochromatine constitutive est présente dans la région centromérique. Le composant du centromère est principalement le kinétochore et les protéines associées à l'ADN.

Des fibres de fuseau ou des microtubules sont attachés à ce point, ce qui aide à déplacer les chromosomes ou les chromatides vers les pôles pendant la division cellulaire. Lorsque les microtubules du fuseau sont attachés au centromère des chromosomes en métaphase constitués de deux chromatides, les chromatides sœurs se séparent et se déplacent vers les pôles opposés du fuseau, et l'étape suivante de la division se poursuit.

Ainsi, le centromère a deux fonctions, l'une est la fixation des chromatides sœurs et la seconde est le site de fixation de la fibre fusiforme.

Il a été observé au microscope électronique qu'une fibre à fuseau unique est attachée au centromère de la levure, Saccharomyces cerevisiae, tandis que plusieurs fibres à fuseau sont attachées au centromère d'autres organismes.

Le segment de chromatine du centromère dans la levure a été analysé et s'est avéré contenir un complexe protéine-ADN de 220 à 250 paires de bases. Quatre régions ont été identifiées dans le centromère de la levure comme CDE 1, CDE 2, CDE 3 et CDE 4.

Les séquences de bases des trois premières régions sont similaires dans toutes les levures, mais la variation de la séquence de bases se trouve dans CDE 4. La région CDE 2 est particulière en ce que 90 % des paires de bases sont riches en AT. Des segments répétés inversés se trouvent dans la région CDE 3.

L'ADN centromérique est protégé de la digestion de la nucléase en formant une structure appelée particule centrale centromérique. Cette particule contient plus d'ADN que la particule de noyau de nucléosome normale et les protéines associées. La fibre du fuseau est attachée à cette particule qui aide à séparer les chromosomes lors de la division cellulaire.

Lorsque les séquences d'ADN centromériques et les séquences protéiques de protéines centromériques sont comparées, il a été découvert que les séquences de protéines sont plus conservées que les séquences d'ADN, indiquant ainsi que les séquences d'ADN peuvent ne pas être le facteur déterminant important dans la fonction des régions centromériques.

Les régions centromériques des organismes supérieurs contiennent de grandes quantités d'hétérochromatine constituée d'ADN répétitif.

Le centromère du chromosome humain contient un ADN répétitif en tandem de 170 pb. Ces répétitions sont appelées ADN a-satellite. Le nombre d'exemplaires peut varier de 5 000 à 15 000. Cet ADN est responsable, dans la plupart des cas en tant que site de liaison, de la protéine centromérique. Cependant, le rôle d'un ADN satellite sur les centromères de mammifères n'a pas encore été complètement établi.

Les centromères de mammifères se lient à environ 30 à 40 fibres fusiformes ou microtubules alors qu'un seul microtubule est attaché au centromère de la levure. Les deux espèces de levure, S. cerevisiae et Schizocharomyces pombe, présentent une grande divergence dans la taille de l'ADN centromérique.

L'ADN centroménique de S. pombe est 1 000 fois plus gros que celui de S. cerevisiae. Le centre de S. Pombe est plus complexe car il possède le noyau central d'une séquence unique d'ADN et la séquence flanquante de 3 répétitions en tandem. La fonction de l'ADN centromérique a été clairement analysée chez la levure montrant une ségrégation des plasmides dans les cellules filles en mitose lorsque le centromère est présent.

Types de centromère :

(a) Structure des télomères :

Tous les chromosomes ont une structure ADN-protéine spéciale à l'extrémité appelée télomères. Les télomères jouent un rôle important dans la réplication et la stabilité des chromosomes. Des observations microscopiques montrent que les chromosomes aux extrémités bro­ken se dégradent conduisant parfois à la mort cellulaire.

Dans une expérience, des télomères de Tetrahymena ont été transférés aux extrémités de l'ADN plasmidique linéaire de levure et ceux-ci ont ensuite été autorisés à se répliquer dans la levure. Il a été noté que l'ajout d'ADN télomérique aide l'ADN plasmidique à se répliquer sous forme de molécules linéaires, montrant ainsi que les télomères sont nécessaires pour la réplication.

Telemore se compose d'ADN répétitif de grandes bases Kilo et sont hautement conservés contenant des grappes de résidus G. Les séquences télomériques des mammifères, y compris l'homme, sont associées à AGGGTT. Dans Tetrahymena, la séquence est GGGGTT.

Des études moléculaires montrent que les séquences télomériques d'un grand nombre d'eucaryotes sont similaires et consistent en des répétitions de séquences d'ADN, de préférence des amas de résidus G. La séquence des répétitions des télomères chez l'homme est AGGGTT, en Térahyme, c'est GGGGTT (tableau 13.1). Ces séquences télomériques sont répétées des centaines de fois ou des réplications télomériques des milliers de fois jusqu'à plusieurs kilo-bases.

(b) Réplication télomérique :

L'ADN polymérase a la capacité de synthétiser une chaîne d'ADN en croissance dans la direction 5′ → 3′ mais ne peut pas synthétiser jusqu'aux extrémités télomériques. Le processus de réplication dans les télomères est unique et différent.

Le problème de la réplication des télomères a été résolu par un mécanisme spécial à l'aide d'une enzyme télomérase ayant une activité de transcriptase inverse. Cette enzyme (télomérase) est capable d'ajouter des répétitions télomériques à l'extrémité 3 & 8242 du brin d'ADN formant un surplomb monocaténaire à l'extrémité 3 & 8242 à la fois de la matrice et du nouveau brin.

Par conséquent, l'extrémité 5 & 8242 de chaque brin est plus courte que l'extrémité 3 & 8242. Maintenant, la molécule de télomérase incorpore une molécule d'ARN essentielle appelée ARN guide à l'extrémité 5 & 8242 qui possède des séquences spécifiques complémentaires à la répétition des télomères.

Il sert ensuite d'amorce pour le télomère à l'extrémité 5 & 8242 du brin. Lorsque l'élongation du brin à l'extrémité 5 & 8242 est terminée, c'est-à-dire que les deux extrémités du brin sont égales, l'épissage de l'amorce d'ARN a lieu et l'espace est comblé par la polymérase.

Le mécanisme de contrôle de l'allongement de la longueur du télomère n'est pas clairement connu. Mais dans le cas de la levure, il a été découvert qu'un type spécial de protéine, appelé Rap 1p, a joué un rôle important dans la régulation de la longueur des télomères. Il se lie à la séquence des télomères de la levure et l'élongation s'arrête. Le mécanisme spécial de la réplication télomérique a été expliqué pour la première fois par C. Greider et E. Blackburn en 1986.


3. Les cellules procaryotes sont haploïdes, ce qui signifie qu'elles n'ont pas de chromosomes qui se présentent en paires homologues.

La plupart des cellules procaryotes n'ont qu'un seul chromosome, elles sont donc classées comme haploïde cellules (1n, sans chromosomes appariés). Même dans Vibrio cholerae, qui a deux chromosomes, les chromosomes sont uniques les uns des autres. C'est-à-dire qu'ils ne sont pas une paire homologue, car ils ne contiennent pas les mêmes gènes aux mêmes endroits.

De nombreux procaryotes, comme les bactéries, se reproduisent via fission binaire. Il s'agit d'une méthode de reproduction asexuée dont le résultat final est similaire à la mitose : il en résulte deux cellules filles, chacune avec le même nombre de chromosomes que la cellule mère. Cependant, lorsque les bactéries subissent une fission binaire, aucun fuseau mitotique ne se forme. De plus, la réplication du chromosome de la cellule procaryote peut se produire pendant le processus de fission.


2. Les chromosomes eucaryotes sont situés dans le noyau, tandis que les chromosomes procaryotes sont situés dans le nucléoïde.

le différence clé entre les cellules procaryotes et eucaryotes est que les cellules eucaryotes ont un noyau lié à la membrane (et des organites liés à la membrane), tandis que les cellules procaryotes n'ont pas de noyau. Dans les cellules eucaryotes, tous les chromosomes sont contenus dans le noyau. Dans les cellules procaryotes, le chromosome est situé dans une région du cytoplasme appelée nucléoïde, dépourvue de membrane.

Une implication intéressante de cette différence dans l'emplacement des chromosomes eucaryotes et procaryotes est que la transcription et la traduction - les processus de création d'une molécule d'ARN et d'utilisation de cette molécule pour synthétiser une protéine - peuvent se produire simultanément chez les procaryotes. Ceci est possible car les cellules procaryotes n'ont pas de membrane nucléaire, de sorte que la transcription et la traduction se produisent dans la même région. Au fur et à mesure que l'ARN est transcrit, les ribosomes peuvent commencer le processus de traduction consistant à enchaîner les acides aminés. En revanche, dans les cellules eucaryotes, la transcription se produit toujours en premier et se déroule dans le noyau. La molécule d'ARN doit subir une modification avant de quitter le noyau. Ensuite, la traduction est réalisée par un ribosome dans le cytoplasme.


Les chromosomes procaryotes ont-ils des centromères ? - La biologie

Lorsque l'on compare les cellules procaryotes aux cellules eucaryotes, les procaryotes sont beaucoup plus simples que les eucaryotes dans bon nombre de leurs caractéristiques (Figure 1). La plupart des procaryotes contiennent un seul chromosome circulaire qui se trouve dans une zone du cytoplasme appelée nucléoïde.

S'entraîner

Figure 1. Un eucaryote contient un noyau bien défini, alors que chez les procaryotes, le chromosome se trouve dans le cytoplasme dans une zone appelée nucléoïde.

Dans les cellules eucaryotes, la synthèse d'ADN et d'ARN se produit dans un compartiment séparé de la synthèse des protéines. Dans les cellules procaryotes, les deux processus se produisent ensemble. Quels avantages pourrait-il y avoir à séparer les processus ?

La taille du génome chez l'un des procaryotes les mieux étudiés, E. coli, est de 4,6 millions de paires de bases (environ 1,1 mm, si coupé et étiré). Alors, comment cela s'intègre-t-il dans une petite cellule bactérienne? L'ADN est tordu par ce qu'on appelle le superenroulement. Le superenroulement signifie que l'ADN est soit sous-enroulé (moins d'un tour d'hélice pour 10 paires de bases) soit surenroulé (plus d'un tour pour 10 paires de bases) par rapport à son état normal de relaxation. Certaines protéines sont connues pour être impliquées dans le superenroulement, d'autres protéines et enzymes telles que l'ADN gyrase aident à maintenir la structure superenroulée.

Les eucaryotes, dont les chromosomes sont chacun constitués d'une molécule d'ADN linéaire, utilisent un type différent de stratégie d'emballage pour adapter leur ADN à l'intérieur du noyau (Figure 2). Au niveau le plus élémentaire, l'ADN est enroulé autour de protéines appelées histones pour former des structures appelées nucléosomes. Les histones sont des protéines conservées au cours de l'évolution qui sont riches en acides aminés basiques et forment un octamère (un complexe de huit protéines). L'ADN (qui est chargé négativement à cause des groupes phosphate) est étroitement enroulé autour du noyau d'histone. Ce nucléosome est lié au suivant à l'aide d'un ADN de liaison. Ceci est également connu sous le nom de structure “perles sur une chaîne”. Celui-ci est ensuite compacté en une fibre de 30 nm, qui correspond au diamètre de la structure. Au stade de la métaphase, les chromosomes sont les plus compacts, mesurent environ 700 nm de largeur et se trouvent en association avec des protéines d'échafaudage.

En interphase, les chromosomes eucaryotes ont deux régions distinctes qui peuvent être distinguées par coloration. La région étroitement emballée est connue sous le nom d'hétérochromatine et la région la moins dense est connue sous le nom d'euchromatine. L'hétérochromatine contient généralement des gènes qui ne sont pas exprimés et se trouve dans les régions du centromère et des télomères. L'euchromatine contient généralement des gènes qui sont transcrits, avec de l'ADN emballé autour des nucléosomes mais pas davantage compacté.

Figure 2. Ces figures illustrent le compactage du chromosome eucaryote.


Les centres sombres des chromosomes révèlent un ADN ancien

Des généticiens explorant le cœur sombre du génome humain ont découvert de gros morceaux d'ADN de Néandertal et d'autres ADN anciens. Les résultats ouvrent de nouvelles voies pour étudier à la fois comment les chromosomes se comportent pendant la division cellulaire et comment ils ont changé au cours de l'évolution humaine.

Les centromères se trouvent au milieu des chromosomes, la "taille" pincée dans l'image d'un chromosome d'un manuel de biologie. Le centromère ancre les fibres qui séparent les chromosomes lorsque les cellules se divisent, ce qui signifie qu'elles sont très importantes pour comprendre ce qui se passe lorsque la division cellulaire se dérègle, entraînant un cancer ou des défauts génétiques.

Mais l'ADN des centromères contient de nombreuses séquences répétitives, et les scientifiques ont été incapables de cartographier correctement cette région.

"C'est le cœur des ténèbres du génome, nous avertissons les étudiants de ne pas y aller", a déclaré Charles Langley, professeur d'évolution et d'écologie à l'UC Davis. Langley est l'auteur principal d'un article décrivant le travail publié dans un prochain numéro de la revue eLife.

Langley et ses collègues Sasha Langley et Gary Karpen du Lawrence Berkeley Laboratory et Karen Miga de l'UC Santa Cruz ont estimé qu'il pourrait y avoir des haplotypes - des groupes de gènes hérités ensemble dans l'évolution humaine - qui s'étendent sur de vastes portions de nos génomes, et même à travers le centromère.

C'est parce que le centromère ne participe pas au processus de « croisement » qui se produit lorsque les cellules se divisent pour former des spermatozoïdes ou des ovules. Pendant le croisement, les chromosomes appariés s'alignent les uns à côté des autres et leurs membres se croisent, coupant et épissant parfois l'ADN entre eux afin que les gènes puissent être mélangés. Mais les croisements tombent à zéro près des centromères. Sans ce brassage à chaque génération, les centromères pourraient préserver intacts de très anciens segments d'ADN.

Les chercheurs ont recherché des polymorphismes hérités d'un seul nucléotide - des modifications héritées d'une seule lettre d'ADN - qui leur permettraient de cartographier les haplotypes dans le centromère.

Ils ont d'abord montré qu'ils pouvaient identifier des haplotypes centromériques, ou "cenhaps", dans Drosophile les mouches des fruits.

Cette découverte a deux implications, a déclaré Langley. Premièrement, si les chercheurs peuvent distinguer les chromosomes les uns des autres par leurs centromères, ils peuvent commencer à effectuer des tests fonctionnels pour voir si ces différences ont un impact sur quel morceau d'ADN est hérité. Par exemple, lors de la formation de l'œuf, quatre chromatides sont formées à partir de deux chromosomes, mais une seule pénètre dans l'œuf. Les scientifiques veulent donc savoir : certains haplotypes de centromères sont-ils transmis plus souvent ? Et certains haplotypes sont-ils plus susceptibles d'être impliqués dans des erreurs ?

Deuxièmement, les chercheurs peuvent utiliser des centromères pour examiner l'ascendance et la descendance évolutive.

En ce qui concerne l'ADN humain, les chercheurs ont examiné les séquences de centromères du projet 1000 Genomes, un catalogue public de la variation humaine. Ils ont découvert des haplotypes couvrant les centromères de tous les chromosomes humains.

Haplotypes d'il y a un demi-million d'années

Dans le chromosome X de ces séquences génomiques, ils ont trouvé plusieurs haplotypes centromériques majeurs représentant des lignées remontant à un demi-million d'années. Dans le génome dans son ensemble, la majeure partie de la diversité est observée parmi les génomes africains, ce qui correspond à la propagation plus récente des humains hors du continent africain. L'une des plus anciennes lignées d'haplotypes de centromères n'était pas portée par ces premiers émigrants.

Dans le chromosome 11, ils ont trouvé des haplotypes très divergents d'ADN de Néandertal dans des génomes non africains. Ces haplotypes ont divergé il y a 700 000 à un million d'années, à peu près au moment où les ancêtres des Néandertaliens se sont séparés des autres ancêtres humains. Le centromère du chromosome 12 contient également un haplotype archaïque encore plus ancien qui semble être dérivé d'un parent inconnu.

Cet ADN néandertal sur le chromosome 11 pourrait influencer les différences dans notre sens de l'odorat à ce jour. Les cellules qui répondent au goût et à l'odorat portent des récepteurs olfactifs déclenchés par des signatures chimiques spécifiques. Les humains ont environ 400 gènes différents pour les récepteurs odorants. Trente-quatre de ces gènes résident dans l'haplotype du centromère du chromosome 11. Les haplotypes centromériques de Néandertal et un deuxième haplotype ancien représentent environ la moitié de la variation de ces protéines réceptrices odorantes.

D'après les travaux d'autres personnes, il est connu que la variation génétique des récepteurs odorants peut influencer le sens du goût et de l'odorat, mais les effets fonctionnels de la variation trouvée dans cette étude restent à découvrir et leur impact sur le goût et l'odorat n'a pas encore été analysé.


Les chromosomes procaryotes ont-ils des centromères ? - La biologie

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Décrire le processus de fission binaire chez les procaryotes
  • Expliquer comment les protéines FtsZ et tubuline sont des exemples d'homologie

Les procaryotes, comme les bactéries, produisent des cellules filles par fission binaire. Pour les organismes unicellulaires, la division cellulaire est la seule méthode pour produire de nouveaux individus. Dans les cellules procaryotes et eucaryotes, le résultat de la reproduction cellulaire est une paire de cellules filles génétiquement identiques à la cellule mère. Dans les organismes unicellulaires, les cellules filles sont des individus.

Pour obtenir le résultat de la progéniture clonée, certaines étapes sont essentielles. L'ADN génomique doit être répliqué puis alloué aux cellules filles, le contenu cytoplasmique doit également être divisé pour donner aux deux nouvelles cellules la machinerie cellulaire nécessaire pour maintenir la vie. Comme nous l'avons vu avec les cellules bactériennes, le génome est constitué d'un seul chromosome d'ADN circulaire, par conséquent, le processus de division cellulaire est simplifié. La caryocinèse n'est pas nécessaire car il n'y a pas de véritable noyau et donc pas besoin de diriger une copie des multiples chromosomes dans chaque cellule fille. Ce type de division cellulaire est appelé fission binaire (procaryote).

Fission binaire

En raison de la relative simplicité des procaryotes, le processus de division cellulaire est un processus moins compliqué et beaucoup plus rapide que la division cellulaire chez les eucaryotes. Pour passer en revue les informations générales sur la division cellulaire dont nous avons discuté au début de ce chapitre, rappelez-vous que le seul chromosome d'ADN circulaire des bactéries occupe un emplacement spécifique, la région nucléoïde, à l'intérieur de la cellule ((Figure)). Bien que l'ADN du nucléoïde soit associé à des protéines qui aident à emballer la molécule dans une taille compacte, il n'y a pas de protéines histones et donc pas de nucléosomes chez les procaryotes. Les protéines d'emballage des bactéries sont cependant liées aux protéines de cohésine et de condensine impliquées dans la compaction chromosomique des eucaryotes.

Le chromosome bactérien est attaché à la membrane plasmique à peu près au milieu de la cellule. Le point de départ de la réplication, l'origine, est proche du site de liaison du chromosome à la membrane plasmique ((Figure)). La réplication de l'ADN est bidirectionnelle, s'éloignant de l'origine sur les deux brins de la boucle simultanément. Au fur et à mesure que les nouveaux doubles brins sont formés, chaque point d'origine s'éloigne de la fixation de la paroi cellulaire vers les extrémités opposées de la cellule. Au fur et à mesure que la cellule s'allonge, la membrane en croissance facilite le transport des chromosomes. Une fois que les chromosomes ont franchi le point médian de la cellule allongée, la séparation cytoplasmique commence. La formation d'un anneau composé d'unités répétitives d'une protéine appelée FtsZ (abréviation de « filamenting temperature-sensible mutant Z ») dirige la partition entre les nucléoïdes. La formation de l'anneau FtsZ déclenche l'accumulation d'autres protéines qui travaillent ensemble pour recruter de nouveaux matériaux de membrane et de paroi cellulaire sur le site. Un septum se forme entre les nucléoïdes filles, s'étendant progressivement de la périphérie vers le centre de la cellule. Lorsque les nouvelles parois cellulaires sont en place, les cellules filles se séparent.

Figure 1. Ces images montrent les étapes de la fission binaire chez les procaryotes. (crédit : modification du travail par « Mcstrother »/Wikimedia Commons)

Connexion Évolution

Broche mitotique Appareil

Le moment précis et la formation du fuseau mitotique sont essentiels au succès de la division cellulaire eucaryote. Les cellules procaryotes, en revanche, ne subissent pas de caryocinèse et n'ont donc pas besoin de fuseau mitotique. Cependant, la protéine FtsZ qui joue un rôle vital dans la cytokinèse procaryote est structurellement et fonctionnellement très similaire à la tubuline, la pierre angulaire des microtubules qui constituent les fibres du fuseau mitotique nécessaires à la division nucléaire eucaryote. Les protéines FtsZ peuvent former des filaments, des anneaux et d'autres structures tridimensionnelles qui ressemblent à la façon dont la tubuline forme des microtubules, des centrioles et divers composants du cytosquelette. De plus, le FtsZ et la tubuline utilisent la même source d'énergie, le GTP (guanosine triphosphate), pour assembler et désassembler rapidement des structures complexes.

FtsZ et la tubuline sont considérés comme des structures homologues dérivées d'origines évolutives communes. Dans cet exemple, FtsZ est la protéine ancêtre de la tubuline (une protéine dérivée de l'évolution). Alors que les deux protéines se trouvent dans des organismes existants, la fonction de la tubuline a considérablement évolué et s'est diversifiée depuis son évolution à partir de son origine procaryote FtsZ. Une étude des composants d'assemblage mitotique trouvés dans les eucaryotes unicellulaires actuels révèle des étapes intermédiaires cruciales vers les génomes complexes enfermés dans une membrane des eucaryotes multicellulaires ((Figure)).

Appareil de division cellulaire parmi divers organismes
Structure du matériel génétique Division des matières nucléaires Séparation des cellules filles
Procaryotes Il n'y a pas de noyau. Le chromosome unique et circulaire existe dans une région du cytoplasme appelée nucléoïde. Se produit par fission binaire. Au fur et à mesure que le chromosome est répliqué, les deux copies se déplacent vers les extrémités opposées de la cellule par un mécanisme inconnu. Les protéines FtsZ s'assemblent en un anneau qui pince la cellule en deux.
Certains protistes Des chromosomes linéaires existent dans le noyau. Les chromosomes se fixent à l'enveloppe nucléaire, qui reste intacte. Le fuseau mitotique traverse l'enveloppe et allonge la cellule. Il n'existe pas de centrioles. Les microfilaments forment un sillon de clivage qui pince la cellule en deux.
Autres protistes Des chromosomes linéaires enroulés autour des histones existent dans le noyau. Un fuseau mitotique se forme à partir des centrioles et traverse la membrane nucléaire, qui reste intacte. Les chromosomes se fixent au fuseau mitotique, qui sépare les chromosomes et allonge la cellule. Les microfilaments forment un sillon de clivage qui pince la cellule en deux.
Cellules animales Des chromosomes linéaires existent dans le noyau. Un fuseau mitotique se forme à partir des centrosomes. L'enveloppe nucléaire se dissout. Les chromosomes se fixent au fuseau mitotique, qui sépare les chromosomes et allonge la cellule. Les microfilaments forment un sillon de clivage qui pince la cellule en deux.

Résumé de la section

Dans les divisions cellulaires procaryotes et eucaryotes, l'ADN génomique est répliqué, puis chaque copie est allouée à une cellule fille. De plus, le contenu cytoplasmique est divisé uniformément et distribué aux nouvelles cellules. Cependant, il existe de nombreuses différences entre la division cellulaire procaryote et eucaryote. Les bactéries ont un seul chromosome d'ADN circulaire mais pas de noyau. Par conséquent, la mitose (caryocinèse) n'est pas nécessaire dans la division cellulaire bactérienne. La cytokinèse bactérienne est dirigée par un anneau composé d'une protéine appelée FtsZ. La croissance du matériau de la membrane et de la paroi cellulaire à partir de la périphérie des cellules entraîne la formation d'un septum qui construit finalement les parois cellulaires séparées des cellules filles.


Résumé de la section

Dans les divisions cellulaires procaryotes et eucaryotes, l'ADN génomique est répliqué et chaque copie est allouée à une cellule fille. Le contenu cytoplasmique est également réparti uniformément dans les nouvelles cellules. Cependant, il existe de nombreuses différences entre la division cellulaire procaryote et eucaryote. Les bactéries ont un seul chromosome d'ADN circulaire et aucun noyau. Par conséquent, la mitose n'est pas nécessaire dans la division cellulaire bactérienne. La cytokinèse bactérienne est dirigée par un anneau composé d'une protéine appelée FtsZ. La croissance interne du matériau de la membrane et de la paroi cellulaire à partir de la périphérie des cellules entraîne la formation d'un septum qui finit par former les parois cellulaires séparées des cellules filles.


Voir la vidéo: Quest-ce quun chromosome? (Août 2022).