Transcription de la vidéo
Dans cette vidéo, nous allons en apprendre davantage sur l’ADN des eucaryotes et sur la signification des termes chromosome, chromatine et nucléosome. Nous allons apprendre comment l’ADN peut se compacter grâce aux protéines histones pour former les chromosomes. Et nous verrons l’apparence des chromosomes qui varie selon l’étape du cycle cellulaire.
L’ADN des eucaryotes, comme nous, est situé à l’intérieur du noyau de nos cellules. Cet endroit est si minuscule que l’ADN doit être compacté en grande quantité. Si l’ADN était extrait du noyau de l’une des cellules de notre corps et étiré, il ferait environ deux mètres. C’est à peu près la taille de notre humain ici, et c’est environ 20000 fois plus grand que la taille d’une cellule humaine moyenne. Comment cette quantité d’ADN arrive-t-elle alors à rentrer dans le noyau d’une cellule? L’ADN est compact, très compact. Mais avant d’attaquer ce sujet, parlons d’abord de la façon dont cet ADN est organisé dans nos cellules.
Chez les humains, l’ADN n’est pas une longue molécule, mais représente plutôt 46 petites molécules que nous appelons chromosomes. Un chromosome est une longue molécule d’ADN associée à des protéines. Nous en apprendrons davantage sur ces protéines dans un instant. Mais regardons d’abord à quoi ressemblent nos 46 chromosomes. Ils sont numérotés de 1 à 22 en fonction de leur taille, le chromosome 1 étant plus grand que le chromosome 22. Les chromosomes sexuels X et Y déterminent notre sexe biologique. Nous avons deux copies de chaque chromosome. Une, que nous obtenons de notre père biologique, est représentée en bleu, et l’autre, que nous obtenons de notre mère biologique, est représentée en rose. Si nous alignions tous ces chromosomes, y compris les chromosomes roses, nous obtiendrions les deux mètres d’ADN que nous voyons ici.
Avant de voir comment empaqueter deux mètres d’ADN pour qu’il tienne dans le noyau, prenons un moment pour expliquer les deux significations légèrement différentes du mot chromosome. En regardant le noyau d’une cellule au microscope, l’ADN apparaît soit comme des filaments en désordre soit comme ces structures individuelles en forme de X. Ces deux noyaux ont tous deux des chromosomes, mais ils sont empaquetés un peu différemment. Et cela dépend de l’étape du cycle cellulaire dans laquelle ils se trouvent. Souvenez-vous que le cycle cellulaire est une série d’étapes qu’une cellule effectue pour se diviser.
Pendant l’interphase, l’ADN de la cellule est copié, tandis que pendant les étapes de la mitose, la cellule sépare cet ADN copié tout en se préparant à se diviser pour former une autre cellule. À la fin de la mitose, la cellule se divise. Si la cellule est à l’interphase ou en dehors du cycle cellulaire, alors ces chromosomes seront principalement sous la forme de longues fibres d’ADN qui sont toutes mélangées comme nous pouvons le voir ici. Si nous zoomons sur une section du noyau, nous pouvons voir que chaque chromosome est représenté par une couleur différente. Ainsi, cette fibre orange pourrait être le chromosome un, et cette fibre rouge pourrait être le chromosome 22. Ce sont des fibres très longues, elles s’enroulent donc plusieurs fois les unes autour des autres. Il n’est donc pas possible de distinguer le chromosome un du chromosome 22. Nous appelons cet état la chromatine.
Ces chromosomes à l’état de chromatine sont des formes compactées d’ADN et ne sont pas juste des molécules d’ADN, mais nous en parlerons dans un instant. La chromatine convient aux cellules ne se divisant pas. Mais pendant la mitose, ces chromosomes doivent être séparés pour la division cellulaire. La chromatine est un peu désorganisée, la cellule compacte donc davantage ces fibres de chromatine pour former ce qu’on appelle un chromosome condensé. L’image que vous vous faîtes des chromosomes est sans doutes ces structures de chromosomes condensés. Regardons les donc de plus près.
Voici un chromosome condensé, une structure formée par les fibres de chromatine très étroitement enroulées. Il s’agit en fait d’un chromosome dupliqué que nous obtenons après que l’ADN ait été copié au cours du cycle cellulaire. Le chromosome simple se dédouble pour en faire deux. Ceux-ci peuvent ensuite être séparés pendant la mitose pour répartir ces copies entre les cellules. C’est donc pendant la mitose que nous pouvons réellement distinguer ces chromosomes individuels au microscope. Ainsi, le mot chromosome est en fait un peu ambigu car il peut faire référence à la longue molécule d’ADN simple que nous avons vue ici. Ou il peut faire référence à cette structure dupliquée et condensée que nous voyons ici. Maintenant que nous comprenons un peu plus ce que sont les chromosomes, reprenons au début et voyons comment une molécule libre d’ADN peut être compactée pour former une structure chromosomique condensée.
Afin de faire rentrer deux mètres d’ADN dans un minuscule noyau, il doit passer par plusieurs niveaux de compaction. La première étape est l’enroulement de l’ADN autour de protéines spécialisées appelées histones. Les histones sont des protéines capables d’interagir très étroitement avec l’ADN. En effet, les histones contiennent de nombreux acides aminés chargés positivement comme l’arginine et la lysine, tandis que l’ADN porte une charge négative en raison du groupe phosphate de son squelette sucre-phosphate. Les histones chargées positivement peuvent ainsi interagir étroitement avec l’ADN chargé négativement. Cela permet à l’ADN de s’enrouler autour des groupes de protéines histones, ce qui forme une structure appelée un nucléosome. Même si on dirait qu’il n’y a que quatre protéines histones ici, il y en a en fait huit et environ 146 nucléotides d’ADN enroulés autour d’elles pour former le nucléosome.
Comme nous le verrons, un nucléosome est en fait une sous-unité de la chromatine, le niveau de compaction de l’ADN que nous avons vu précédemment qui contient de l’ADN compacté s’enroulant autour de protéines histones. L’ADN se compacte alors davantage en nucléosomes. Et puis ces nucléosomes commencent à s’enrouler. Ces nucléosomes continuent à s’enrouler pour former de longues fibres. Ces fibres sont appelées chromatine. C’est l’état dans lequel se trouve l’ADN dans la cellule lorsqu’elle ne se divise pas, que nous avons vu plus tôt. Lorsque nous la décomposons, la chromatine n’est en réalité qu’un complexe d’ADN et de protéines qui représente un niveau de compaction de l’ADN où le nucléosome est une sous-unité.
La chromatine est le niveau de compaction de nombreuses cellules. Mais les cellules qui se préparent à se diviser doivent compacter davantage cette chromatine pour former la structure du chromosome condensé. Et à ce stade, nous sommes en mesure de distinguer les chromosomes individuels au microscope. Maintenant, parlons un peu des différents types de chromatine et de la manière dont elle peut être remodelée pour réguler l’expression des gènes. En plus d’agir comme une forme de compaction de l’ADN, la chromatine peut également être utilisée pour réguler l’expression des gènes. Il existe essentiellement deux formes de chromatine. L’euchromatine est lâche et ouverte, tandis que l’hétérochromatine est compactée et fermée. Imaginons qu’il y ait deux très petits gènes dans cette figure, le gène A et le gène B. Le gène A est situé dans l’euchromatine et indiqué en rose, et le gène B est situé dans l’hétérochromatine et indiqué en vert.
L’expression ou la transcription des gènes implique différentes protéines, notamment notre petite ARN polymérase ici. Celles-ci doivent interagir physiquement avec le gène afin de fabriquer un transcrit d’ARNm. Lorsque la chromatine est ouverte sous forme d’euchromatine, elle est accessible à l’ARN polymérase et à d’autres protéines nécessaires pour la transcription. Dans l’hétérochromatine, l’ADN n’est pas accessible, l’ARN polymérase et d’autres protéines ne peuvent donc pas réaliser la transcription. Donc dans ce cas, le gène A serait transcrit et le gène B ne le serait pas. La cellule peut contrôler l’expression des gènes en modifiant et en remodelant ces états de la chromatine. De cette manière, les gènes qui doivent être fréquemment exprimés seraient à l’état d’euchromatine, tandis que les gènes qui doivent être désactivés ou inhibés peuvent être à l’état d’hétérochromatine.
Les types de cellule peuvent différer de cette manière. Lorsque vous étiez un embryon, ces cellules embryonnaires, appelées cellules souches embryonnaires, avaient le potentiel de se transformer en centaines de types de cellules différents dans votre corps. Ces cellules souches peuvent en fait contenir de plus grandes quantités d’euchromatine. En fait, lorsque vous regardez l’une de ces cellules au microscope, vous remarquerez qu’elles ont de grands noyaux. Cela pourrait être dû à l’abondance d’euchromatine lâche. En revanche, lorsque ces cellules changent ou se différencient en cellules plus spécialisées, comme par exemple une cellule immunitaire, certaines de ces régions d’euchromatine peuvent se compacter en une hétérochromatine plus dense et le noyau peut apparaître plus petit.
En convertissant l’euchromatine en hétérochromatine, de nombreux gènes inutiles à la cellule immunitaire peuvent devenir inaccessibles et ne pas être exprimés, tandis que les gènes nécessaires resteront ouverts à la transcription sur l’euchromatine. De cette façon, la chromatine peut ainsi être remodelée de sorte que seuls certains gènes sont exprimés. Cela créé des programmes d’expression génique et c’est ainsi que, par exemple, une cellule de peau est une cellule de peau et non une cellule de foie. Maintenant que nous avons appris l’ADN chez les eucaryotes, essayons une question pratique.
L’ADN est empaqueté autour de protéines et est enroulé en boucles pour former la chromatine. À quel moment la chromatine se condensera-t-elle pour former des chromosomes visibles? (A) Lorsque les cellules sont stimulées par des messagers chimiques. (B) Lorsque les cellules sont fécondées. (C) Quand les cellules se préparent pour la division cellulaire. (D) Peu de temps après la fin de la division cellulaire. Ou (E) immédiatement après la formation de la chromatine.
Cette question nous interroge sur la manière dont l’ADN peut être compacté chez les eucaryotes pour générer la chromatine qui peut ensuite former des chromosomes visibles en se compactant ou en se condensant davantage. Commençons par regarder ce que sont les chromosomes et comment ils sont compactés.
L’ADN des humains se trouve dans le noyau de la plupart des cellules. Si vous preniez l’ADN d’une de nos cellules pour l’aligner de bout en bout, il ferait environ deux mètres de long. Ce n’est pas un long morceau d’ADN continu. Au lieu de cela, l’ADN est organisé en 46 chromosomes dans la plupart de nos cellules. Chaque chromosome est un morceau linéaire d’ADN, et s’ils étaient alignés ensemble, ils mesureraient environ deux mètres de long. Faire rentrer une telle quantité d’ADN dans une minuscule cellule nécessite une compaction intense. Voyons comment l’ADN peut être compacté à ce point.
L’ADN est d’abord empaqueté autour de protéines spéciales appelées histones pour former une structure appelée nucléosome. Ces nucléosomes sont ensuite enroulés les uns autour des autres pour former des longues fibres denses appelées chromatine. La chromatine peut ensuite être encore plus empaquetée pour former ce qu’on appelle un chromosome condensé. Ce chromosome condensé est la structure que vous connaissez peut-être le mieux lorsque vous pensez aux chromosomes. Avant cela, les chromosomes sont principalement sous la forme de très longues chaînes de chromatine plus ou moins lâche. L’ADN dans nos cellules peut en fait se trouver dans l’un ou l’autre des deux états compactés. En bas, la cellule de gauche a ses chromosomes sous forme condensée, tandis que la cellule de droite les a sous forme de chromatine. C’est l’étape du cycle cellulaire dans laquelle se trouve la cellule qui détermine si l’ADN est sous forme de chromatine ou de chromosomes condensés.
Rappelez-vous que le cycle cellulaire est un cycle que les cellules effectuent lors de leur division. L’interphase est une longue étape lors de laquelle l’ADN est répliqué, et la mitose sépare cet ADN copié en plusieurs étapes dans une nouvelle cellule en division. La chromatine est un état dans lequel se trouve l’ADN pendant l’interphase lorsque l’ADN se dédouble. Les 46 chromosomes dans les cellules humaines sont difficiles à distinguer car ils sont longs et mélangés entre eux. Voici à quoi cela pourrait ressembler s’il y avait trois chromosomes sous forme de chromatine, un de couleur bleue, un vert et un orange.
Si nous étirions l’un de ces chromosomes, l’orange par exemple, il pourrait ressembler à ceci. Il est ensuite copié pendant l’interphase. Puis il est emballé et compacté pour se préparer à la mitose de la division cellulaire, et finit par devenir le chromosome condensé qui est visible au microscope optique. Ce chromosome familier en forme de X contient en fait deux copies distinctes du chromosome. Et celles-ci peuvent être séparées lorsque la cellule se divise. Par conséquent, la chromatine se compacte ou se condense pour former des chromosomes visibles lorsque la cellule se prépare à la division cellulaire.
Prenons, maintenant, un moment pour passer en revue certains des points clés que nous avons couverts dans cette vidéo. L’ADN des eucaryotes peut être empaqueté autour de protéines histones pour former des nucléosomes. Ces nucléosomes peuvent ensuite être enroulés pour former de longues fibres appelées chromatine. La chromatine peut ensuite être davantage compactée ou condensée pour former une structure de chromosome condensé. Il s’agit d’une forme très compactée d’ADN. Les chromosomes peuvent exister sous forme de longues fibres de chromatine ou de chromosomes condensés lorsque la cellule se prépare à se diviser.
