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9.2 : Modifications de la structure chromosomique - Biologie


Si le chromosome est altéré, mais conserve toujours les trois caractéristiques essentielles d'un chromosome (centromères, télomères et origine de réplication), il continuera à être hérité au cours des divisions cellulaires suivantes, mais la cellule fille peut ne pas conserver tous les gènes. Par exemple, si un segment du chromosome a été perdu, la cellule peut manquer de certains gènes. Les cause d'anomalies structurelles chromosomiques et la conséquences ils ont pour la cellule et l'organisme est montré ci-dessous. Ils impliquent tous des ruptures dans l'ADN qui constitue le chromosome.

Cause n°1 : Réparation incorrecte des cassures d'ADN double brin pendant l'interphase

Un chromosome est une molécule très longue mais très fine. Dans le squelette phopho-diester, il n'y a que deux liaisons covalentes maintenant chaque paire de bases à la suivante. Si l'une de ces liaisons covalentes est rompue, le chromosome restera intact, bien qu'une ADN ligase soit nécessaire pour réparer l'entaille (Figure (PageIndex{1a})). Des problèmes surviennent lorsque les deux brins sont cassés au même endroit ou à proximité. Cette rupture double brin va scinder le chromosome en deux morceaux indépendants (Figure (PageIndex{1b})). Étant donné que ces événements se produisent dans les cellules, il existe un système de réparation appelé le assemblage d'extrémités non homologues (NHEJ) système pour les réparer. Les protéines se lient à chaque extrémité cassée de l'ADN et les rattachent avec de nouvelles liaisons covalentes. Ce système n'est pas parfait et conduit parfois à réarrangements chromosomiques (voir section suivante).

Les protéines du système NHEJ ne fonctionnent que si nécessaire. Si les chromosomes d'un noyau en interphase sont tous intacts, le système n'est pas actif. Les télomères aux extrémités naturelles des chromosomes empêchent le système NHEJ de tenter de joindre les extrémités normales des chromosomes. S'il y a une rupture de double brin, les deux extrémités cassées peuvent être reconnues et jointes. Mais s'il y a deux cassures double brin en même temps, il y aura quatre bouts cassés au total. Les protéines du système NHEJ peuvent joindre les extrémités correctement, mais si elles ne le font pas, le résultat est un réarrangement chromosomique (Figure (PageIndex{2})).

Les quatre types de réarrangements chromosomiques

Les erreurs lors de la réparation de plusieurs cassures double brin peuvent provoquer quatre types de réarrangements chromosomiques. Le type de réarrangement chromosomique dépend de l'endroit où les deux cassures se trouvaient à l'origine et de la façon dont elles se rejoignent. La figure (PageIndex{5}) montre quelques possibilités, mais d'autres sont présentées ci-dessous. Dans ceux-ci, il y a une rupture d'ADN double brin entre les gènes B et C (indiqué ici par un X rouge). Une deuxième rupture d'ADN se produit et les protéines NHEJ réparent les dommages de manière incorrecte en joignant les extrémités indiquées par les flèches bleues. Les chromosomes sont dessinés non répliqués comme ils le sont en G1 phase, mais ces événements peuvent se produire à tout moment pendant l'interphase.

Il existe quatre grands types de réarrangements :

a) Suppressions surviennent lorsque les deux cassures sont sur un chromosome. Si les extrémités sont jointes de cette manière, le morceau d'ADN portant le gène B n'a pas de centromère et sera perdu lors de la prochaine division cellulaire.

b) Inversions se produisent également lorsque les deux cassures sont sur un chromosome. Si les extrémités sont jointes de cette manière, une partie du chromosome est inversée. Cet exemple montre un paruneinversion centrée, nommé parce que la section inversée n'inclut pas le centromère (para = à côté). Si les cassures se produisent sur différents bras chromosomiques, la section inversée comprend le centromère et le résultat est un parjeinversion centrée (péri = environ).

c) Les doublons peut se produire à partir de deux cassures d'ADN à différents endroits dans les chromatides sœurs (dans un chromosome répliqué). Les extrémités sont mal jointes pour donner un chromosome avec une duplication (deux régions "B" comme indiqué ci-dessus). Remarque : le produit réciproque a une suppression.

d) Déplacements résultent de deux cassures sur des chromosomes différents (pas d'homologues) et d'une mauvaise réassemblage. Cet exemple montre un translocation réciproque - deux chromosomes ont des bras "intervertis", le gène E fait maintenant partie du chromosome blanc et le gène C fait maintenant partie du chromosome ombré. Translocations robertsoniennes sont ces rares situations dans lesquelles tous les gènes se retrouvent ensemble sur un chromosome et l'autre chromosome est si petit qu'il est généralement perdu.

Cause n°2 : croisements incorrects pendant la méiose

Croisements méiotiques surviennent au début de la méiose pour deux raisons. Ils aident à maintenir les chromosomes homologues ensemble jusqu'à ce que la séparation se produise pendant l'anaphase I (voir chapitre 2). Ils permettent également la recombinaison entre des gènes liés (voir chapitre 7). L'événement lui-même a lieu pendant la prophase I lorsqu'une cassure double brin sur un morceau d'ADN est jointe à une cassure double brin sur un autre morceau d'ADN et que les extrémités sont assemblées (Figure (PageIndex{3a})). La plupart du temps, les cassures sont sur des chromatides non sœurs et la plupart du temps, les cassures sont aux mêmes emplacements relatifs.

Des problèmes surviennent lorsque les mauvais morceaux d'ADN sont mis en correspondance le long des chromosomes lors d'événements de croisement. Cela peut se produire si la même séquence d'ADN ou une séquence similaire est trouvée sur plusieurs sites sur les chromosomes (Figure (PageIndex{3b})). Par exemple, s'il y a deux Alu éléments transposables sur un chromosome. Lorsque les chromosomes homologues s'apparient pendant la prophase I, le mauvais Alu les séquences peuvent s'aligner. Un croisement peut se produire dans cette région. Si c'est le cas, lorsque les chromosomes se séparent au cours de l'anaphase I, l'une des chromatides aura une duplication et une autre aura une délétion. En fin de compte, sur les quatre cellules produites par cette méiose, deux seront normales, une aura un chromosome avec des gènes supplémentaires et une aura un chromosome manquant de certains gènes. Des erreurs de ce type peuvent également provoquer des inversions et des translocations.

Conséquence #1 - Les réarrangements montrent un appariement anormal à la méiose

Les régions homologues des chromosomes s'apparient à la méiose I (prophase I). Avec des chromosomes réarrangés, cela peut entraîner des anomalies visibles et des anomalies de ségrégation.

Effacement les chromosomes s'apparieront avec un homologue normal le long des régions partagées et au segment manquant, l'homologue normal se bouclera (rien avec quoi s'apparier) pour former un boucle de suppression. Cela peut être utilisé pour localiser la délétion cytologiquement. La région supprimée est également pseudo-dominant, en ce qu'il permet l'expression mutante d'allèles récessifs sur l'homologue normal. Les mutations de délétion ne s'inversent pas - rien pour remplacer l'ADN manquant.

Quand un renversement chromosome est apparié dans la méiose il y a un boucle d'inversion formé. S'il y a un croisement dans la boucle, des produits anormaux en résulteront et des gamètes anormaux et déséquilibrés seront produits. Par exemple, un événement de croisement dans la boucle d'un paruneinversion centrée conduira à un produit dicentrique qui se décomposera en produits de délétion et produira des gamètes déséquilibrés (Figure (PageIndex{4})). De même, avec un parjeinversion centrée, un événement de croisement entraîne des produits en double/suppression qui sont déséquilibrés (Figure (PageIndex{5})).

S'ils sont associés à un gamète normal, ils entraîneront un zygote déséquilibré, qui est généralement mortel. La conséquence en est que les produits de croisement (recombinants) sont perdus et que les inversions semblent donc supprimer les croisements dans la région inversée.

Avec les deux types d'inversions, les croisements en dehors de la boucle sont possibles et entièrement viables car ils ne modifient pas l'équilibre des gènes.

Duplications produisent également une boucle cytologiquement visible lors de l'appariement méiotique. Les duplications peuvent revenir à une fréquence relativement élevée par croisement inégal. Les gènes dupliqués offrent de nouvelles possibilités de divergence mutationnelle suivie d'une sélection naturelle au cours de l'évolution.

Pour translocations, une conséquence pour les deux chromosomes impliqués est que lorsqu'ils s'apparient à la méiose, les deux paires de chromosomes répliqués seront ensemble, ce qui peut être vu cytologiquement comme un tétrade. Cette tétrade peut se séparer de trois manières. Dont deux sont présentés ci-dessous. Cet ensemble de chromosomes appariés et répliqués peut se séparer comme Alterner (équilibré) où les deux chromosomes normaux et les deux transloqués vont aux mêmes sondages. Ou les chromosomes peuvent se séparer comme Adjacent-1 (déséquilibré) où les chromosomes normaux et de translocation se séparent comme indiqué ci-dessous. Chacune de ces possibilités est à peu près également fréquente et donc seulement environ la moitié du temps les gamètes finissent par être déséquilibrés (Figure (PageIndex{6})).

Conséquence #2 : Diminution de la viabilité

Tous les réarrangements chromosomiques présentés ci-dessus produisent des chromosomes fonctionnels. Chacun a un centromère, deux télomères et des milliers d'origines de réplication. Parce que les inversions et les translocations ne modifient pas le nombre de gènes dans une cellule ou un organisme, on dit qu'il s'agit de réarrangements équilibrés. À moins que l'un des points de rupture ne se produise au milieu d'un gène, les cellules ne seront pas affectées. D'autre part, les suppressions et les duplications sont des réarrangements déséquilibrés. Plus ils sont gros (plus de gènes impliqués) plus ils perturbent le bon fonctionnement de la cellule ou de l'organisme. Comme expliqué dans la section 9.1.2 ci-dessus, avoir trop ou trop peu d'action génique pour un grand nombre de gènes peut perturber le métabolisme cellulaire pour générer un phénotype ou réduire la viabilité.

Conséquence #3 : Baisse de la fertilité

Rappelons que pendant la méiose I, les chromosomes homologues s'apparient. Si une cellule a un chromosome avec un réarrangement, ce chromosome devra s'apparier avec son homologue normal.

Les cellules hétérozygotes pour les réarrangements équilibrés ont en fait plus de difficultés dans la prophase I. Considérez les chromosomes montrés sur la figure (PageIndex{7}). Ils peuvent s'apparier de différentes manières pendant la prophase I - l'une est illustrée à la figure (PageIndex{8}). Mais si un croisement se produit dans la région inversée, le résultat sera des gamètes déséquilibrés. Les embryons fabriqués avec des gamètes déséquilibrés survivent rarement. La conséquence est que l'organisme hétérozygote aura fertilité réduite.

Notez qu'un organisme homozygote pour ce chromosome d'inversion ne sera pas affecté de cette manière car aucune boucle ne se forme. Les chromosomes peuvent s'apparier sur toute leur longueur et les croisements ne produiront aucun gamète déséquilibré. C'est une propriété générale des inversions et des translocations. Chez les hétérozygotes, il existe des problèmes au cours de la méiose, entraînant un déséquilibre de nombreux gamètes et une réduction globale de la fertilité. Chez les homozygotes, les chromosomes réarrangés s'apparient très bien et il n'y a aucun effet sur la fertilité.

Conséquence #4 : Cancer

Certains réarrangements chromosomiques ont des points de rupture dans les gènes conduisant à la création de gènes hybrides - la première partie d'un gène avec la dernière partie d'un autre. Si le gène hybride favorise de manière inappropriée la réplication cellulaire, la cellule peut devenir cancéreuse. Un exemple est illustré à la figure (PageIndex{1}) où les chromosomes proviennent d'un patient atteint de leucémie causée par une translocation entre les chromosomes 9 et 22 (les taches rouge et verte côte à côte).

Conséquence #5 : Évolution

Ces changements chromosomiques qui dupliquent des gènes sont importants pour l'évolution. Si un organisme possède une copie supplémentaire de gènes importants, un gène peut être conservé pour sa fonction d'origine tandis que d'autres peuvent muter et potentiellement acquérir de nouvelles fonctions (Figure (PageIndex{9})). Un exemple en est les multiples copies des gènes de la globine trouvées chez les mammifères (voir Figure (PageIndex{13})).

Les réarrangements chromosomiques qui diminuent la fertilité sont également importants pour l'origine de nouvelles espèces. Si un réarrangement, comme l'inversion illustrée à la figure (PageIndex{9}), devient courant dans une petite population isolée, cette population a une fécondité de 100 % si elle s'accouple au sein de son groupe, mais une fécondité réduite si elle s'accouple avec membres de la population plus large. Au fur et à mesure que les réarrangements s'accumulent, la petite population deviendra de plus en plus isolée sur le plan de la reproduction. Lorsque les membres sont incapables de former une progéniture viable et fertile avec la population d'origine, le groupe est devenu une nouvelle espèce.


9.2 – Le cycle cellulaire

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

  • Décrire les trois étapes de l'interphase
  • Discuter du comportement des chromosomes pendant la caryocinèse/mitose
  • Expliquer comment le contenu cytoplasmique est divisé pendant la cytokinèse
  • Définir le G au repos0 phase

Le cycle cellulaire est une série ordonnée d'événements impliquant la croissance cellulaire et la division cellulaire qui produit deux nouvelles cellules filles. Les cellules sur le chemin de la division cellulaire passent par une série d'étapes de croissance, de réplication de l'ADN et de division nucléaire et cytoplasmique précisément chronométrées et soigneusement régulées qui produisent finalement deux cellules (clones) identiques. Le cycle cellulaire comporte deux phases principales : l'interphase et la phase mitotique ((Figure)). Pendant l'interphase, la cellule se développe et l'ADN est répliqué. Au cours de la phase mitotique, l'ADN répliqué et le contenu cytoplasmique sont séparés et le cytoplasme cellulaire est généralement partitionné par un troisième processus du cycle cellulaire appelé cytokinèse. Notons cependant que l'interphase et la mitose (kayrokinèse) peuvent avoir lieu sans cytokinèse, auquel cas des cellules à noyaux multiples (cellules multinucléées) sont produites.



Méiose

La reproduction sexuée nécessite la production de gamètes haploïdes (sperme et ovule) avec une seule copie de chaque chromosome, la fécondation restaure ensuite le contenu chromosomique diploïde dans la génération suivante. Cette réduction du contenu génétique est accomplie au cours d'une division cellulaire spécialisée appelée méiose, au cours de laquelle deux cycles de ségrégation des chromosomes suivent un seul cycle de réplication de l'ADN. En préparation de la première division méiotique, les chromosomes homologues s'apparient et se synapsent, créant un contexte qui favorise la formation d'événements de recombinaison croisée. Ces croisements, en conjonction avec la cohésion des chromatides sœurs, servent à connecter les deux homologues et facilitent leur ségrégation aux pôles opposés lors de la première division méiotique. Au cours de la deuxième division méiotique, similaire à la mitose, les chromatides sœurs se séparent et les produits résultants sont des cellules haploïdes qui deviennent des gamètes. Chez Caenorhabditis elegans (et la plupart des autres eucaryotes), l'appariement et la recombinaison homologues sont nécessaires pour une bonne transmission chromosomique pendant la méiose. Par conséquent, les événements de la méiose sont étroitement coordonnés pour assurer la bonne exécution de ces événements. Dans ce chapitre, nous passons en revue les événements séminaux de la méiose : l'appariement de chromosomes homologues, les changements dans la structure chromosomique que les chromosomes subissent pendant la méiose, les événements de recombinaison méiotique, la différenciation des paires de chromosomes homologues en structures optimisées pour une ségrégation appropriée des chromosomes à la méiose I , et la ségrégation ultime des chromosomes au cours des divisions méiotiques. Nous passons également en revue les processus réglementaires qui assurent l'exécution coordonnée de ces événements méiotiques pendant la prophase I.


Commutation parent-embryon de l'organisation chromosomique au début de l'embryogenèse

Les épigénomes paternel et maternel subissent des changements marqués après la fécondation 1 . Des études épigénomiques récentes ont révélé les paysages inhabituels de la chromatine qui sont présents dans les ovocytes, les spermatozoïdes et les embryons préimplantatoires précoces, y compris des modèles atypiques de modifications des histones 2-4 et des différences dans l'organisation et l'accessibilité des chromosomes, à la fois dans les gamètes 5-8 et après la fécondation 5,8 -dix . Cependant, ces études ont conduit à des conclusions très différentes : l'absence globale de domaines topologiques associés (TAD) locaux dans les gamètes et leur apparition dans l'embryon 8,9 versus la préexistence de TAD et de boucles dans le zygote 5,11. Les questions de savoir si les structures parentales peuvent être héritées dans l'embryon nouvellement formé et comment ces structures pourraient être liées à la régulation des gènes spécifiques des allèles restent ouvertes. Ici, nous cartographions les interactions génomiques pour chaque génome parental (y compris le chromosome X), en utilisant un protocole optimisé de capture de conformation chromosomique à haut débit (HiC) à cellule unique 12,13, lors de la préimplantation chez la souris. Nous intégrons l'organisation chromosomique avec les états d'expression allélique et les marques de chromatine, et révélons que la structure de la chromatine d'ordre supérieur après la fécondation coïncide avec un enrichissement spécifique à l'allèle de la méthylation de l'histone H3 à la lysine 27. Ces premiers domaines spécifiques aux parents sont en corrélation avec la répression des gènes et participent dans l'expression génique biaisée par les parents, y compris dans des loci récemment décrits et à empreinte transitoire 14 . Nous trouvons également des TAD qui surviennent de manière non spécifique aux parents au cours d'une deuxième vague d'assemblage du génome. Ces domaines de novo sont associés à la chromatine active. Enfin, nous obtenons des informations sur la relation entre les TAD et l'expression des gènes en étudiant les changements structurels du chromosome X paternel avant et pendant l'inactivation du chromosome X dans les embryons femelles préimplantatoires 15 . Nous constatons que les TAD sont perdus lorsque les gènes sont réduits au silence sur le chromosome X paternel, mais persistent dans les régions qui échappent à l'inactivation du chromosome X. Ces résultats démontrent la dynamique complexe de l'organisation tridimensionnelle du génome et de l'expression des gènes au début du développement.


Perspectives de recherche sur la diversité variétale et l'utilisation durable chez l'Ensete (banane Ensete)

347. Wilkin P, Davis A, Demissew S, Etherington T, Goodwin M, Heslop-Harrison P, Schwarzacher T, Willis K. 2018. Une perspective pour améliorer la recherche innovante en mettant l'accent sur la diversité variétale et l'utilisation durable de l'enset (Ensète ventricosum). Journal éthiopien des sciences biologiques 17(Suppl.) : 201–209.

L'état actuel de la culture de l'enset en Éthiopie et de ses populations sauvages plus largement réparties est passé en revue. Les lacunes de la recherche sur la biodiversité sont identifiées, et les avantages potentiels de la plante et les avantages d'entreprendre cette recherche sont discutés, en particulier sur la sécurité alimentaire et des ressources et les moyens de subsistance en Éthiopie. La connaissance de la résilience de l'enset fournira la base de preuves étayant la décision d'étendre ou non son utilisation
en Afrique.

Mots-clés/phrases : Diversité, Enset, Sécurité alimentaire, Moyens d'existence, Résilience.

Sections:
introduction
Besoins de recherche spécifiques
– a. Arpentage complet sur le terrain
– b. Détermination de la forme et de la fonction de l'inflorescence
– c. Quantification de la diversité génétique des ensets cultivés et sauvages en Éthiopie
– d. Ploïdie d'arpentage
– e. Détermination de la résilience des ensets cultivés aux ravageurs et aux agents pathogènes
– f. Relations avec les champignons mycorhiziens et autres organismes du sol.
Avantages potentiels et bénéficiaires
Conclusion

La vidéo de mon intervention sur la génomique pour présentation à la réunion donnant lieu à cette publication est donnée à https://www.youtube.com/watch?v=RZJCDQVedVU

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Comme ça:


9.2 Mitose et cytokinèse

Interphase - croissance cellulaire, préparation à la division, synthèse d'ADN.

Mitose - La division du noyau qui se traduit par des copies complètes identiques de chromosomes emballés dans deux nouveaux noyaux.

Se déroule en 4 phases : Prophase, métaphase, anaphase, télophase

Cytokinèse - La division du cytoplasme qui se traduit par deux cellules filles. Les plantes construisent une nouvelle paroi cellulaire. Les cellules animales se pincent vers l'intérieur.

La mitose produit 2 cellules filles qui contiennent exactement le même nombre de chromosomes que la cellule mère d'origine. Les cellules filles sont DIPLODE

Broche = fibres attachées aux centrioles qui séparent les chromatides pendant l'anaphase

Le paclitaxel est un médicament contre le cancer qui cible la tubuline dans le fuseau, empêchant sa formation. Le taxol, en effet, bloque la mitose.


Matériaux et méthodes

Une description plus détaillée du matériel et des méthodes est fournie en annexe.

Culture ESC et différenciation neuronale

Les ESC de souris (lignée cellulaire 46C) ont été cultivées comme décrit précédemment (Abranches et al, 2009 ). La différenciation neuronale a été faite après Jaeger et al ( 2011 ), avec des modifications pour la culture à grande échelle. Les détails expérimentaux, y compris l'incorporation de BrdU, l'immunofluorescence et la microscopie, peuvent être trouvés dans l'annexe.

Les bibliothèques CAGE ont été préparées et séquencées sur la plateforme HeliScope Single Molecule Sequencer (Helicos Bioscience). Les lectures de séquençage ont été mappées et regroupées dans des régions TSS, comme décrit précédemment (Forrest et al, 2014 ).

Génération de librairies Hi-C, séquençage et traitement de données Hi-C

Les produits Hi-C et les bibliothèques appariées ont été préparés comme décrit précédemment (Lieberman-Aiden et al, 2009 ), avec des modifications qui augmentent le rendement en produits d'ADN. Les bibliothèques ont été séquencées sur la plate-forme Illumina Hi-Seq 2000 et les lectures ont été mappées sur mm9, avant la normalisation à l'aide de la correction itérative (Imakaev et al, 2012 ) et une soustraction de fond supplémentaire.

Analyse bioinformatique des métaTAD

L'analyse bioinformatique pour l'identification des TAD, la comparaison des limites des TAD, l'identification des métaTAD, la corrélation avec les caractéristiques épigénomiques et génomiques, les corrélations sur les arbres aléatoires, l'analyse des TAD et métaTAD émergents et conservés, la comparaison des arbres Hi-C et la relation entre l'expression des gènes et les topologies des arbres sont décrit en annexe.

Le modèle polymère SBS (strings and binders switch)

Le modèle SBS a été appliqué comme décrit précédemment (Nicodemi & Prisco, 2009 Barbieri et al, 2012 ). Les détails de l'analyse, y compris les paramètres SBS, les simulations Monte Carlo, les matrices de contact, le rayon de giration et le volume occupé, se trouvent dans l'annexe.

CryoPOISSONS

Fluorescence in situ l'hybridation en cryosections minces a été réalisée selon les procédures précédentes (Branco & Pombo, 2006), à l'exception de l'utilisation de bibliothèques d'oligo MYtags directement marquées (MYcroarray, Ann Arbor, MI, USA). Les images ont été collectées sur un microscope confocal à balayage laser Leica SP8, avant que les distances entre les signaux FISH ne soient mesurées à l'aide d'une macro automatisée. Les procédures expérimentales détaillées sont décrites en annexe.

Disponibilité des données

Les lectures brutes des ensembles de données ESC, NPC et Neuron Hi-C générés pour cette étude sont disponibles en ligne auprès de GEO, numéro d'accès GSE59027. Les données CAGE utilisées dans cette étude ont été produites dans le cadre du projet FANTOM5, et toutes les données de séquence FANTOM5 ont été déposées à la DNA Data Bank of Japan (DDBJ) sous les numéros d'accès DRA000991, DRA002711, DRA002747 et DRA002748. Une analyse, une documentation et des visualisations supplémentaires des données CAGE sont disponibles sur http://fantom.gsc.riken.jp/5/tet/ sous « ES-46C embryonic stem cells, neuronal différenciation, day00, biol_rep1.CNhs14104.14357-155I1 » (ESC rep1) « Cellules souches embryonnaires ES-46C, différenciation neuronale, jour00, biol_rep2.CNhs14109.14362-155I6 » (ESC rep2) « Cellules épistémologiques dérivées d'ES-46C, différenciation neuronale, jour05, biol_rep1.CNhs14126.14378-156B4 » (NPC) et « Cellules épistémologiques dérivées d'ES-46C, différenciation neuronale, jour14, biol_rep1.CNhs14127.14379-156B5 » (Neurons). Les tableaux EV2 et EV3 sont discutés en annexe.


Un nouveau génome d'émeu éclaire l'évolution de la configuration du génome et de l'architecture nucléaire des chromosomes aviaires

L'émeu et les autres ratites sont plus informatifs que tout autre oiseau pour reconstruire l'évolution du caryotype ancestral des oiseaux ou des vertébrés en raison de leur rythme beaucoup plus lent d'évolution du génome. Ici, nous avons généré un nouvel assemblage génomique au niveau chromosomique d'un émeu femelle et estimé le tempo de l'évolution des chromosomes dans les principales branches phylogénétiques aviaires, en le comparant aux assemblages génomiques au niveau chromosomique de 11 autres espèces d'oiseaux et d'une tortue. Nous avons trouvé que les ratites présentaient les plus faibles nombres de changements intra- et inter-chromosomiques chez les oiseaux depuis leur divergence avec les tortues. Les microchromosomes d'émeu de petite taille et riches en gènes ont des contacts interchromosomiques fréquents qui sont associés à des gènes domestiques, qui semblent être entraînés par le regroupement de leurs centromères à l'intérieur du nucléaire, loin des macrochromosomes de la périphérie nucléaire. Contrairement aux oiseaux non ratites, seulement moins d'un tiers des régions du chromosome W de l'émeu ont perdu la recombinaison homologue et ont divergé entre les sexes. L'émeu W est délimité en une région hautement hétérochromatique (WS0) et une autre région récemment évoluée (WS1) avec seulement une divergence de séquence modérée avec le chromosome Z. WS1 a élargi son compartiment de chromatine inactif, augmenté les contacts de la chromatine dans la région et diminué les contacts avec les régions voisines, peut-être influencé par la propagation de l'hétérochromatine à partir de WS0. Ces modèles suggèrent que l'altération de la conformation de la chromatine constitue une étape précoce importante de l'évolution des chromosomes sexuels. Dans l'ensemble, nos résultats fournissent de nouvelles informations sur l'évolution de la structure du génome aviaire et des chromosomes sexuels dans l'espace tridimensionnel.


Conditions de santé liées aux modifications chromosomiques

Les conditions chromosomiques suivantes sont associées à des changements dans la structure ou le nombre de copies du chromosome 19.

Syndrome de délétion 19p13.13

Le syndrome de délétion 19p13.13 résulte de la délétion d'un petit morceau du bras court (p) du chromosome 19 dans chaque cellule. Les principales caractéristiques du syndrome de délétion 19p13.13 comprennent une taille de tête inhabituellement grande (macrocéphalie), une grande taille, un retard du développement de la parole et de la motricité (comme s'asseoir et marcher) et une déficience intellectuelle qui est généralement de sévérité modérée. Les convulsions, les difficultés d'alimentation et de digestion et les anomalies oculaires sont également courantes.

Les personnes atteintes de cette maladie manquent d'environ 300 000 blocs de construction d'ADN (300 kilobases ou 300 Ko) à plus de 3 millions de blocs de construction d'ADN (3 mégabases ou 3 Mo) sur le bras court du chromosome 19. La région de la délétion est généralement appelé p13.13, bien que certaines publications l'appellent p13.2. La région est la même, seule la numérotation diffère. La taille exacte de la délétion varie selon les individus affectés, mais on pense qu'elle comprend au moins 16 gènes. Cette délétion affecte l'une des deux copies du chromosome 19 dans chaque cellule.

Les signes et symptômes du syndrome de délétion 19p13.13 résultent de la perte de plusieurs gènes dans la région délétée. Certains de ces gènes sont soupçonnés de jouer un rôle important dans la croissance et le développement normaux, et la perte d'une copie de chacun de ces gènes sous-tend probablement les caractéristiques de cette maladie. Les chercheurs s'efforcent de déterminer quels gènes manquants contribuent à quelles caractéristiques spécifiques de la maladie.

Autres conditions chromosomiques

D'autres changements dans le nombre ou la structure du chromosome 19 peuvent avoir divers effets sur la croissance et le développement. Ces modifications chromosomiques peuvent entraîner un retard de développement, une déficience intellectuelle, des difficultés d'alimentation, une déficience auditive et visuelle, des problèmes cardiaques ou d'autres malformations congénitales. Les signes et symptômes qui surviennent chez un individu particulier dépendent du changement chromosomique spécifique et des gènes impliqués.

Parmi les modifications du chromosome 19 qui ont été signalées, il y a les microdélétions, qui suppriment un nombre relativement faible de gènes. Ceux-ci comprennent les délétions 19p13.13 (décrites ci-dessus) et de petites délétions dans d'autres régions du chromosome. D'autres changements possibles incluent la présence d'un morceau supplémentaire du chromosome dans chaque cellule (trisomie partielle 19) ou l'absence d'un segment plus grand du chromosome dans chaque cellule (monosomie partielle 19). Les translocations de matériel génétique entre le chromosome 19 et un autre chromosome peuvent également conduire à du matériel supplémentaire ou manquant du chromosome 19. Rarement, le chromosome 19 forme une structure appelée chromosome en anneau. Les chromosomes en anneau se produisent lorsqu'un chromosome se brise à deux endroits et que les extrémités des bras chromosomiques fusionnent pour former une structure circulaire.

Cancers

Des modifications du chromosome 19 ont été identifiées dans plusieurs types de cancer. Ces anomalies chromosomiques sont somatiques, c'est-à-dire qu'elles sont acquises au cours de la vie d'une personne et ne sont présentes que dans les cellules qui provoquent le cancer. Des réarrangements du matériel génétique entre le chromosome 19 et l'un des nombreux autres chromosomes ont été trouvés dans certaines formes de cancer du sang (leucémie). Ces réarrangements, appelés translocations, semblent être particulièrement fréquents dans un type de leucémie appelé leucémie lymphoblastique aiguë (LAL). Ces translocations perturbent probablement les gènes essentiels au contrôle de la croissance et de la division cellulaires. Une division cellulaire non régulée peut conduire au développement du cancer.


Le groupe Häring vise à comprendre la machinerie moléculaire qui organise les génomes eucaryotes.

Les chromosomes eucaryotes subissent d'énormes changements de structure et d'organisation au cours d'un cycle cellulaire. L'un des changements les plus fascinants est la transformation de la chromatine interphasique en chromosomes mitotiques en forme de bâtonnets en vue de la division cellulaire. Ce processus, connu sous le nom de condensation chromosomique, est une étape clé pour la ségrégation réussie des chromosomes pendant la mitose et la méiose.

L'objectif global de notre recherche est de démêler l'action des machines moléculaires qui organisent l'architecture 3D des génomes eucaryotes. Un aperçu des principes généraux de fonctionnement de ces machines sera d'une grande importance pour notre compréhension de la façon dont les cellules héritent d'un ensemble complet de leurs chromosomes à chaque fois qu'elles se divisent et empêchent ainsi l'émergence d'aneuploïdies, qui sont les caractéristiques de la plupart des cellules cancéreuses et la principale cause. de fausses couches spontanées chez l'homme.

L'un des acteurs centraux dans la formation des chromosomes mitotiques est un complexe protéique à plusieurs sous-unités hautement conservé, connu sous le nom de condensine. Nous avons montré que la condensine encercle l'ADN chromosomique dans une grande structure en anneau formée par sa maintenance structurelle des chromosomes (SMC) et des sous-unités kleisine, puis utilise l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour se déplacer le long de la double hélice de l'ADN. Notre hypothèse de travail est que la condensine utilise cette activité motrice pour extruder de grandes boucles de chromatine (figure 1) et ainsi façonner l'ADN en chromosomes mitotiques.

Dans un projet indépendant, nous utilisons un nouveau test de microscopie à résolution temporelle pour suivre la dynamique de la condensation chromosomique dans des cellules vivantes de levure à fission (figure 2). La combinaison de in vivo et in vitro approches nous permet d'acquérir une compréhension au niveau des systèmes des mécanismes qui façonnent les génomes eucaryotes à toutes les échelles.

Projets et objectifs futurs

Nous continuerons à utiliser une approche hautement interdisciplinaire pour faire progresser notre compréhension des machines moléculaires qui contrôlent l'architecture du génome en combinant des approches de la biochimie, de la biologie cellulaire moléculaire et de la biologie structurelle. En collaboration avec d'autres groupes de recherche, nous élargissons notre répertoire technologique à la biologie chimique et à la biophysique des molécules uniques pour découvrir les principes fondamentaux qui contrôlent l'architecture des chromosomes.

Figure 1: Modèle d'organisation des fibres de chromatine en grande boucle par des complexes de condensine. Figure 2: Exemples de notre test de microscopie de cellules vivantes pour suivre la dynamique de condensation des chromosomes au cours d'un cycle cellulaire.

L'EMBL est le laboratoire phare d'Europe pour les sciences de la vie - une organisation intergouvernementale avec plus de 80 groupes de recherche indépendants couvrant le spectre de la biologie moléculaire.


Voir la vidéo: Simple Explanation of Structure of Chromosome. ICSE Class 10 Biology. Cell Cycle and Cell Division (Janvier 2022).