Un chromosome
Un chromosome est une molécule d'ADN contenant l'information génétique d'un organisme. La structure chromosomique est composée de l'ADN de l'organisme et de protéines spécifiques pour former une architecture dense et spiralée. La structure tertiaire du chromosome est un élément crucial de la régulation de la transcription, de la réplication et de la division cellulaires.
Une paire de chromosomes :
Les chromosomes sont des structures filiformes situées à l'intérieur du noyau des cellules animales et végétales. Chaque chromosome est composé de protéines et d'une molécule unique d'acide désoxyribonucléique (ADN). Transmis des parents à leurs descendants, l'ADN contient les instructions spécifiques qui rendent chaque être vivant unique.
Généralités
Un chromosome est l'une des structures contenant de l'ADN en forme de tige ou de filament des organismes cellulaires qui sont situées dans le noyau des eucaryotes, sont généralement en forme d'anneau chez les procaryotes (comme les bactéries) et contiennent la totalité ou la plupart des gènes de l'organisme.
Un chromosome est l'élément renfermant l'information génétique d'une cellule. Les chromosomes des eucaryotes sont de forme déterminée et en nombre haploïde constant pour une espèce. Les chromosomes sont des paquets de matériel génétique qui se trouve dans nos cellules, ils sont le fondement de notre biologie en tant qu'organisme. Ils ne sont pas une recette de notre être, mais ils précisent la séquence des événements qui mènent au développement des organismes matures, en particulier par la transmission des caractères héréditaires.
Les chromosomes sont des structures filiformes constituées de protéines et d'une seule molécule d'ADN qui servent à transporter l'information génomique d'une cellule à l'autre.
Plus longuement en biologie et cytogénétique, chaque chromosome est un élément constitué d'ADN (acide dit acide-désoxyribonucléique), situé dans le noyau des cellules et contenant, sous une forme codée, la programmation des caractères de l'espèce. Chaque espèce possède n chromosomes différents; si ce jeu de n chromosomes existe une seule fois par cellule, la cellule est haploïde; si ce jeu existe deux fois par cellule, la cellule est diploïde.
Le chromosome est fabriqué avec de la chromatine dont les deux principaux ingrédients sont ADN et histones. La chromatine, des chromosomes organisés, se trouve dans le noyau des cellules eucaryotes et est affichée sous forme d'une nappe de fils minces. Lorsque le processus de duplication et la division du matériel génétique appelé mitose (ou caryocinèse), l'enchevêtrement de fils commence un phénomène de condensation progressive qui montre chacun des chromosomes.
Voir aussi la condensation des chromosomes, la condensation de l'ADN, la condensation de la chromatine et la décondensation.
La structure filamenteuse permanente, nucléaire ou cytoplasmique, est présente dans toutes les cellules (au-moins au début de leur vie), formée d'une ou plusieurs molécules d'ADN bicaténaire, associées chez les Eucaryotes à des protéines basiques appelées histones.
Chez les Eucaryotes, les chromosomes sont constitués d'une molécule d'ADN pendant l'interphase, de deux molécules d'ADN juste avant la division cellulaire (mitose, méiose), l'une étant la copie de l'autre par réplication, ou de nombreuses molécules d'ADN identiques (copies) dans le cas des chromosomes polytènes. Dans les cellules haploïdes, chaque chromosome est unique alors qu'ils sont en double exemplaire dans les cellules diploïdes et en plusieurs exemplaires dans les cellules polyploïdes.
Pendant l'interphase, les chromosomes sont des filaments très longs, fins, décondensés et ne sont pas observables individuellement. Pendant la division cellulaire, les chromosomes sont courts, épais, très condensés et visibles au microscope photonique. Les chromosomes possèdent alors deux molécules d'ADN condensées appelées chromatides réunies au niveau d'une région étroite appelée centromère.
Lors de l'anaphase mitotique et de l'anaphase de la deuxième division de méiose, c'est à ce niveau que les chromatides se séparent pour rejoindre chacune un des pôles de la cellule.
On distingue les chromosomes sexuels ou gonosomes ou hétérochomosomes, responsables du sexe de l'individu, et tous les autres chromosomes ou autosomes. Un chromosome hétérobrachial se dit d'un chromosome dont le centromère n'est pas en position médiane et dont les bras sont ainsi de taille inégale. S'oppose à métacentrique, isobrachial.
Chez les Procaryotes, le chromosome est unique, circulaire et cytoplasmique (chromosome bactérien ou nucléoïde). Par extension, les matériels génétiques des virus, des plastes et des mitochondries sont parfois appelés chromosomes.
La loi de Boveri est un principe selon lequel le nombre et la morphologie des chromosomes sont identiques chez tous les individus d'une même espèce.
Organisation spatiale du génome
De nombreuses études récentes ont montré que la localisation d'un chromosome de mammifère donné dans le noyau en interphase est liée à sa taille, tandis que d'autres travaux ont impliqué la densité génétique d'un chromosome comme facteur.
Des recherches récentes sur le degré d'hérédité et de perpétuation d'une disposition ordonnée des chromosomes mitotiques sur la plaque métaphasique au cours des cycles cellulaires successifs ont également donné des résultats quelque peu controversés. L'agencement des chromosomes dans le noyau a également été étudié par l'analyse des translocations chromosomiques, avec des résultats récents surprenants.
Structure des domaines des chromosomes
Les gènes présentent des arrangements linéaires non aléatoires sur les chromosomes eucaryotes. Le regroupement de gènes co-régulés ou largement exprimés suggère que les chromosomes sont organisés en domaines fonctionnels plus vastes. Cette hypothèse est corroborée par la découverte récente selon laquelle au moins la moitié du génome de la drosophile est constituée de domaines chromatiniens multigéniques. Certaines caractéristiques de la structure des domaines des chromosomes des mammifères se reflètent dans les profils de bandes des chromosomes mitotiques. Les gènes de ménage largement exprimés se regroupent dans les bandes R riches en GC, enrichies en modifications histoniques actives et se répliquent précocement pendant la phase S. Les bandes G riches en AT, à réplication tardive, sont relativement pauvres en gènes et transcriptionnellement moins actives.
Bien que des analyses pangénomiques aient révélé que les chromosomes sont organisés en domaines plus vastes dotés de signatures génétiques, épigénétiques et fonctionnelles spécifiques, il est important de noter que tous les gènes d'un domaine spécifique ne sont pas régulés de manière similaire et que les gènes individuels ne suivent pas nécessairement des profils d'activité à l'échelle du domaine.
L'exemple le plus étudié à cet égard est le locus de l'α-globine humaine. Ce locus présente des profils d'expression très spécifiques au type cellulaire, mais correspond à un domaine de chromatine constitutivement ouverte, riche en GC et à réplication précoce, contenant une forte densité de gènes de ménage largement exprimés. De plus, les schémas d'organisation des domaines semblent flexibles au cours du développement et de la différenciation. Ceci se reflète dans les cellules souches embryonnaires (ES) qui présentent un profil épigénétique distinct, mais leur progéniture subit de profondes modifications chromatiniennes au cours de la différenciation. Les domaines de réplication changent également : ils sont plus petits dans les cellules souches pluripotentes induites (iPS) et les cellules ES, mais se consolident et augmentent de taille au cours de la différenciation. Les résultats suggèrent que les domaines chromosomiques définis épigénétiquement et fonctionnellement sont distincts et organisés différemment dans les cellules de mammifère pluripotentes et différenciées. Néanmoins, dans les cellules différenciées, les schémas chromosomiques d'organisation des domaines sont liés à l'organisation spatiale des génomes dans le noyau, ce qui sera abordé dans la section suivante.
Chromosomes artificiels
Comment les chromosomes artificiels pourraient transformer l'humanité ? Normalement, une paire de chromosomes serait considérée comme dangereuse. Mais que faire si nous pouvions concevoir notre propre "chromosomie"? Selon les biologistes, nous pourrions créer des chromosomes sur-mesure pour fixer une variété de problèmes de santé, et même nous donner de nouvelles capacités. Voici comment une paire de chromosomes 24 pourraient changer nos biologies pour toujours.
Il s'avère plus difficile que prévu de construire des chromosomes artificiels chez les mammifères. Cependant, des progrès lents mais systématiques ont été réalisés dans la compréhension, au moins empiriquement, de nombreux aspects importants de la fonction des chromosomes chez les mammifères, grâce à la fois aux tentatives de construction de chromosomes artificiels et aux études sur les mini-chromosomes de mammifères. Il est probable que ces progrès se poursuivront et qu'à terme, différents types de systèmes vectoriels, présentant divers avantages et inconvénients, émergeront pour les plantes comme pour les mammifères.
Ces vecteurs seront probablement utiles principalement pour les informations qu'ils fournissent sur le fonctionnement réel des chromosomes des mammifères et des plantes, mais ils seront également importants comme réactifs pour le nouveau domaine de la transgénèse à grande échelle des animaux de laboratoire, du bétail et des plantes cultivées.
Histoire
W. Waldeyer a inventé le terme "chromosome" en 1888. Les chromosomes sexuels sont essentiels au développement. Le développement des organes sexuels dépend de la présence ou de l'absence du chromosome Y dans les cellules de l'embryon. Avec un chromosome Y, l'embryon deviendra un garçon, tandis qu'avec deux chromosomes X, une fille se développera.
Il existe de nombreux chromosomes différents. Le chromosome 1 est le plus grand des chromosomes humains, composé d'environ 249 millions de paires de bases nucléotidiques, et représente environ 8 % de l'ADN total d'une cellule humaine.
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