MITOSE et MEÏOSE
Dans l’organisme, les cellules indifférenciées se multiplient par divisions successives
Dans l’organisme, les cellules indifférenciées se multiplient par divisions successives
Interphase
Division
Interphase
Division
Interphase
Division
Interphase
Division
Interphase
Division
Spécialisation
Interphase
Division
Spécialisation
Interphase
Division
Spécialisation
Interphase
Division
Interphase
Division
Interphase
Réplication du génome Mitose
Division
G0
La rÊplication de l’ADN se fait selon un mode semi-conservatif
La mitose aboutit à la répartition équitable des chromosomes dans les deux cellules filles
G1
ANAPHASE TELOPHASE METAPHASE
S
G2
PROPHASE
G1
La mitose aboutit à la répartition équitable des chromosomes dans les deux cellules filles
G1
ANAPHASE TELOPHASE METAPHASE
S
G2
PROPHASE
G1
La mitose aboutit à la répartition équitable des chromosomes dans les deux cellules filles
G1
ANAPHASE TELOPHASE METAPHASE
S
G2
PROPHASE
G1
La mitose aboutit à la répartition équitable des chromosomes dans les deux cellules filles
G1
ANAPHASE TELOPHASE METAPHASE
S
G2
PROPHASE
G1
La mitose aboutit à la répartition équitable des chromosomes dans les deux cellules filles
G1
ANAPHASE TELOPHASE METAPHASE
S
G2
PROPHASE
G1
Noyau de cellule en interphase
Le kinétochore Assemblage protéique complexe sur le centromère, lieu d’ancrage des microtubules du fuseau mitotique au chromosome
En métaphase, les chromatides sœurs sont reliées entre elles au niveau des centromères. Le fuseau de division se fixe sur des structures tri-lamellaires paracentromériques ou kinétochores
Une famille importante de protéines, les SMCs (Structural Maintenance of Chromosomes) ou cohésines participe à la liaison des chromatides sœurs entre elles jusqu’à la métaphase En anaphase, la séparation des chromatides sœurs va se faire grâce au complexe APC (Anaphase Promoting Factor) et à la disparition des cohésines
Mad1/Mad2
Prophase
Mad1/Mad2
Prophase
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
Mad1/Mad2
Prophase
MĂŠtaphase
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
Sécurine Séparase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
APC actif
Sécurine Séparase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
APC actif
Sécurine Séparase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
APC actif
Sécurine Séparase
Séparase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Anaphase
Les chromosomes doivent obligatoirement être correctement alignés sur la plaque équatoriale pour que l’anaphase se poursuive
Les chromosomes doivent obligatoirement être correctement alignés sur la plaque équatoriale pour que l’anaphase se poursuive
Retard à l’anaphase (Anaphase lag): risque de malségrégation mitotique d’un chromosome
interphase
PROPHASE suite
PROPHASE début
PROPHASE suite
PROPHASE suite
PROMETAPHASE début
PROPHASE fin
PROMETAPHASE suite
PROMETAPHASE suite
PROMETAPHASE suite
PROMETAPHASE suite
PROMETAPHASE suite
PROMETAPHASE fin
ANAPHASE début
METAPHASE
ANAPHASE suite
ANAPHASE suite
TELOPHASE suite
TELOPHASE début
TELOPHASE fin
TELOPHASE fin
Deux cellules filles
Deux cellules filles
Les partenaires de la mitose; le cytosquelette les microtubules les filaments intermĂŠdiairesles microfilaments d'actine
Le cytosquelette est constituĂŠ de trois composants principaux
Les microtubules
RĂŠseau dont le centre est situĂŠ au niveau du centrosome
Les filaments intermédiaires
Réseau occupant tout le cytoplasme Sous la mb nucléaire interne Il constitue la lamina
Les microfilaments d’actine
Réseau principalement À la surface de la cellule
Les partenaires de la mitose; le centrosome • Les microtubules s’organisent autour du centrosome Les 2 centrioles sont perpendiculaires OrganisÊs en 9 triplets
1 centrosome en interphase et 2 en mitose
Marquage par fluorescence des microtubules du fuseau, des chromosomes et de leurs kinĂŠtochores.
R : un anticorps anti-centromère marqué par la TRITC (dérivé de la rhodamine) donne une fluorescence rouge au niveau des centromères des chromosomes.
V : un anticorps anti-tubuline marqué par la FITC (dérivé de la fluorescéine) donne une fluorescence verte au niveau des microtubules du fuseau.
B : le DAPI, colorant spĂŠcifique de l'ADN, donne une fluorescence bleue au niveau de la chromatine (cellules en interphase) et des chromosomes (cellules en division).
Interphase
Prophase
Le noyau limité par sa membrane contient une chromatine plus ou moins dispersée.
La chromatine se condense, On observe deux asters, les chromosomes apparaissent. les chromosomes La membrane nucléaire disparait.se rassemblent au centre du fuseau.
Prométaphase
Métaphase Les chromosomes sont disposés en plaque équatoriale.
Début d'anaphase
Fin d'anaphase
Les chromatides de chaque Les deux lots de chromosome se séparent
chromosomes fils
simultanément.
gagnent les pôles du fuseau.
Début de télophase
Milieu de télophase
Une constriction annulaire La constriction sépare la
Fin de télophase Les deux cellules filles
apparaît au milieu du fuseau. cellule en deux, les chromosomes sont séparées, la chromatine perdent leur individualité.
et la membrane nucléaire se reforment.
La méïose: un phénomène complexe analysable sur 3 aspects différents mais étroitement liés
La méïose: un phénomène complexe analysable sur 3 aspects différents mais étroitement liés
Aspect cytologique: les différentes phases de la méïose
Aspect chromosomique: appariement et ségrégation des chromosomes
Aspect génétique: les recombinaisons et le brassage des gènes
Fondamentalement, la méïose est un processus aboutissant à la production des gamètes ou cellules haploïdes ne contenant que la moitié (n) du stock diploïde (2n) de chromosomes, c’est-à-dire un chromosome de chaque paire
Fondamentalement, la méïose est un processus aboutissant à la production des gamètes ou cellules haploïdes ne contenant que la moitié (n) du stock diploïde (2n) de chromosomes, c’est-à-dire un chromosome de chaque paire Succession de 2 divisions cellulaires: M1 réductionnelle
M1
Fondamentalement, la méïose est un processus aboutissant à la production des gamètes ou cellules haploïdes ne contenant que la moitié (n) du stock diploïde (2n) de chromosomes, c’est-à-dire un chromosome de chaque paire Succession de 2 divisions cellulaires: M1 réductionnelle M2 équationnelle
+ M2 M1
+ M2
Question: comment sĂŠparer correctement les paires de chromosomes en M1?
Question: comment sĂŠparer correctement les paires de chromosomes en M1?
Le dĂŠsordre
Question: comment sĂŠparer correctement les paires de chromosomes en M1?
Le dĂŠsordre
engendre le dĂŠsordre
Seule une reconnaissance préalable des chromosomes homologues entre eux peut aboutir à une séparation harmonieuse
Seule une reconnaissance préalable des chromosomes homologues entre eux peut aboutir à une séparation harmonieuse
Nécessité d’un appariement (synapsis)
Seule une reconnaissance préalable des chromosomes homologues entre eux peut aboutir à une séparation harmonieuse
Nécessité d’un appariement (synapsis)
avant ségrégation
L’appariement des chromosomes homologues permet, de plus, la survenue des recombinaisons génétiques et le brassage des allèles parentaux dans les gamètes
L’appariement des chromosomes homologues permet, de plus, la survenue des recombinaisons génétiques et le brassage des allèles parentaux dans les gamètes
De nouvelles combinaisons de gènes sont ainsi « essayées » à chaque génération
Les 3 aspects de la méïose sont donc indissociables, l’aspect cytologique n’étant que le témoin des évènements chromosomiques et génétiques qui aboutissent à la formation de gamètes à n chromosomes « chimères »
Aspects cytologiques Le déroulement de la méïose est très différent selon le sexe
Aspects cytologiques Le déroulement de la méïose est très différent selon le sexe dans le temps
Aspects cytologiques Le déroulement de la méïose est très différent selon le sexe dans le temps PGC
Migration Invasion de la gonade primitive
Aspects cytologiques Le déroulement de la méïose est très différent selon le sexe dans le temps PGC
SRY
Migration Invasion de la gonade primitive
Testicule Blocage des cellules en phase pré-méïotique: pro-spermatogonies
Méïose à la puberté
Aspects cytologiques Le déroulement de la méïose est très différent selon le sexe dans le temps PGC
Migration Invasion de la gonade primitive Ovaire Début de la méïose au stade foetal Blocage avant la naissance en fin de prophase de M1: stade dyctiotène, follicule primordial
Reprise de la méïose à la puberté
Aspects cytologiques Le déroulement de la méïose est très différent selon le sexe
Aspects cytologiques Le déroulement de la méïose est très différent selon le sexe dans la répartition du cytoplasme
Aspects cytologiques Le déroulement de la méïose est très différent selon le sexe dans la répartition du cytoplasme
Sexe mâle
Aspects cytologiques La prophase de M1 est caractéristique par durée (23j) chez l’homme et par les évènements qui s’y déroulent
Aspects cytologiques Chromosomes dupliqués sous la forme de filaments irréguliers Zones de condensation ou chromomères Rapprochement des homologues
Leptotène
La prophase de M1 est caractéristique par durée (23j) chez l’homme et par les évènements qui s’y déroulent
Aspects cytologiques Chromosomes dupliqués sous la forme de filaments irréguliers Zones de condensation ou chromomères Rapprochement des homologues
La prophase de M1 est caractéristique par durée (23j) chez l’homme et par les évènements qui s’y déroulent
Leptotène Début de l’appariement des chromosomes homologues ou synapsis Bouquet télomérique
Zygotène
Aspects cytologiques Chromosomes dupliqués sous la forme de filaments irréguliers Zones de condensation ou chromomères Rapprochement des homologues
La prophase de M1 est caractéristique par durée (23j) chez l’homme et par les évènements qui s’y déroulent
Leptotène Début de l’appariement des chromosomes homologues ou synapsis Bouquet télomérique
Zygotène
Pachytène
Phase la plus longue de la prophase (16j chez l’homme) Synapsis complet: les chromosomes sont sous forme de bivalents (complexe synaptonémal CS) Vésicule sexuelle VS (Sex body) chez le mâle (X et Y)
Aspects cytologiques
Aspects cytologiques
Condensation accrue des chromosomes Les bivalents ont tendance à se dissocier sauf aux endroits des recombinaisons: chiasmas (nombre, position) Disparition des éléments du CS Disparition de la VS Interruption de la MI féminine à ce stade
Diplotène
Aspects cytologiques
Aspects cytologiques Les chromosomes se disposent sur la plaque ĂŠquatoriale
MĂŠtaphase I
Aspects cytologiques Les chromosomes se disposent sur la plaque équatoriale
Métaphase I Les chromosomes homologues se séparent sans séparation de leur chromatides sœurs et migrent à chacun des pôles
Anaphase I
Aspects cytologiques
Aspects cytologiques
Phase de préparation à la MII sans nouvelle synthèse d’ADN
Intercinèse
Les divisions cellulaires de la méïose diffèrent d’une mitose classique par plusieurs points:
Les divisions cellulaires de la méïose diffèrent d’une mitose classique par plusieurs points: - la durée
Les divisions cellulaires de la méïose diffèrent d’une mitose classique par plusieurs points: - la durée - l’activité génique: transcription intense au stade pachytène (sauf X-Y)
Les divisions cellulaires de la méïose diffèrent d’une mitose classique par plusieurs points: - la durée - l’activité génique: transcription intense au stade pachytène (sauf X-Y) - l’appariement des chromosomes homologues
Les divisions cellulaires de la méïose diffèrent d’une mitose classique par plusieurs points: - la durée - l’activité génique: transcription intense au stade pachytène (sauf X-Y) - l’appariement des chromosomes homologues - la non-séparation des chromatides sœurs en MI
Les divisions cellulaires de la méïose diffèrent d’une mitose classique par plusieurs points: - la durée - l’activité génique: transcription intense au stade pachytène (sauf X-Y) - l’appariement des chromosomes homologues - la non-séparation des chromatides sœurs en MI
Rôle des protéines SMCs (Structural Maintenance of Chromosomes)
Mitose Mad1/Mad2
Prophase
Mitose Mad1/Mad2
Prophase
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
Mitose Mad1/Mad2
Prophase
MĂŠtaphase
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
Mitose Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs CohĂŠsines
Prophase
MĂŠtaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Mitose Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
Sécurine Séparase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Mitose Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
APC actif
Sécurine Séparase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Mitose Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
APC actif
Sécurine Séparase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Mitose Mad1/Mad2
APC Mad2 Anaphase Promoting Complex
SMCs Cohésines
Prophase
APC actif
Sécurine Séparase
Séparase
Métaphase Scc1 Sister Chromatid Cohesion
Anaphase
Mitose: bi-orientation de l’accrochage des microtubules
Formation d’un fuseau de division bipolaire
Méïose: co-orientation de l’accrochage des microtubules
Méïose: co-orientation de l’accrochage des microtubules
Complexe protéique Mam1 ou Monopolin
Méïose: co-orientation de l’accrochage des microtubules
Complexe protéique Mam1 ou Monopolin
Formation d’un fuseau de division unipolaire
Les nodules de recombinaison • Des "nodules de recombinaison" apparaissent sur les chromatides à des endroits ou s'effectuent des chevauchements. C'est à leur au niveau que des fragments homologues de chromatides d'origine maternelle et paternelle sont échangés. • Ceci constitue le premier brassage génétique généré par le phénomène de la méiose, le brassage génétique par crossing-over (enjambement).
Rec8
Rec8 SCP2 SCP3
SCP1 Rec8
Rec8 SCP2 SCP3
SCP1 Rec8
C
N N
C
Nodules de recombinaison prĂŠcoces: rapprochement des homologues?
Rec8 SCP2 SCP3
SCP1 Rec8
C
N N
C
Rec8 SCP2 SCP3
Nodules de recombinaison tardifs: recombinaisons gĂŠnĂŠtiques
SCP1 Rec8
C
N N
C
Cas particulier des chromosomes X et Y
Reptile ancĂŞtre commun
Cas particulier des chromosomes X et Y Oiseaux
Autosomes
Mammifères Reptile ancêtre commun
Autosomes
Cas particulier des chromosomes X et Y Oiseaux
Autosomes
Z W
Mammifères Reptile ancêtre commun
240-320 Ma
Autosomes
130-170 Ma
X Y
80-130 Ma
X Y
30-50 Ma
X Y
X Y
PAR1 Région pseudo-autosomale 1
PAR2 Région pseudo-autosomale 2
X PAR1 Région pseudo-autosomale 1
PAR2 Région pseudo-autosomale 2
Y
L’appariement de l’X et de l’Y se fait au niveau des régions PAR à l’intérieur d’une structure où leur génome est inactivé: la vésicule sexuelle
Toute anomalie dans la formation de la VS aboutit à un blocage de la méïose et à la mort programmée des cellules (infertilité ++)
Aspects chromosomiques 1865: publication des lois fondamentales de l’hérédité par Gregor Mendel -loi d’uniformité des hybrides de première génération - loi de disjonction des caractères parentaux en deuxième génération - loi d’indépendance ou de liaison des caractères héréditaires
Aspects chromosomiques 1865: publication des lois fondamentales de l’hérédité par Gregor Mendel -loi d’uniformité des hybrides de première génération - loi de disjonction des caractères parentaux en deuxième génération - loi d’indépendance ou de liaison des caractères héréditaires Oubliées pendant plus de 30 ans Walter S. Sutton, 1903: il existe un parallélisme entre les mouvements des chromosomes à la méïose, leur ségrégation dans les gamètes et le résultat des lois de Mendel
Aspects chromosomiques 1865: publication des lois fondamentales de l’hérédité par Gregor Mendel -loi d’uniformité des hybrides de première génération - loi de disjonction des caractères parentaux en deuxième génération - loi d’indépendance ou de liaison des caractères héréditaires Oubliées pendant plus de 30 ans Walter S. Sutton, 1903: il existe un parallélisme entre les mouvements des chromosomes à la méïose, leur ségrégation dans les gamètes et le résultat des lois de Mendel Théorie chromosomique de l’hérédité (Thomas Hunt Morgan)
Monohybridisme
A
A a
a
X [A]
[a]
Monohybridisme
A
A a
a
X [A]
[a] A
a
Monohybridisme
A
A a
a
X [A]
[a] A
UniformitĂŠ des hybrides en F1 A>a [A]
a
Monohybridisme
A
A a
a
X [A]
[a] A
UniformitĂŠ des hybrides en F1 A>a [A]
A
a X
a
Monohybridisme
A
A a
a
X [A]
[a] A
UniformitĂŠ des hybrides en F1 A>a [A]
A
A
A
a
A
A
a
a
X
a
a
a
A
A
a B
B
X
a b
b
A
A
a B
X
B
A
b
a B
a
b
b
A
A
a B
Croisement test ou test cross
X
B
A
a
a B
b
X
b
b
a
a b
b
A
A
a B
Croisement test ou test cross
[AB] A
a B
b
[Ab] A
a B
X
B
A
b
a
a b
a
b
b
b
a
a
X
[aB] a B
b
b
b
a
[ab] a b
b
A
A
a B
Croisement test ou test cross
[AB] A
a B
b
[Ab] A
a B
X
B
A
b
a
a b
a
b
b
b
a
a
X
[aB] a B
b
b
a
[ab] a
b
25% de chaque phénotype: ségrégation aléatoire des chromosomes
b
b
Les caractères héréditaires (gènes) portés par des chromosomes différents (non homologues) suivent donc la ségrégation aléatoire des chromosomes et sont dits « indépendants »
Les caractères héréditaires (gènes) portés par des chromosomes différents (non homologues) suivent donc la ségrégation aléatoire des chromosomes et sont dits « indépendants »
Qu’en est-il des gènes portés par une même paire de chromosomes homologues?
A B
A B
X
a
a
b
b
A
A
B
B
A
a
B
b
X
a
a
b
b
A
Croisement test ou test cross
A
B
B
A
a
B
b
X
X
a
a
b
b
a
a
b
b
A
Croisement test ou test cross
A
B
B
A
a
B
b
X
X
a
a
b
b
a
a
b
b
[AB] A
a
B
b
[ab] 50%
50%
a
a
b
b
A
Croisement test ou test cross
A
B
B
A
a
B
b
X
X
a
a
b
b
a
a
b
b
[AB] A
a
B
b
[ab] On parle alors de caractères liés (A avec B et a avec b) 50% et la liaison (linkage) est complète lorsqu’ils ne sont jamais dissociable
50%
a
a
b
b
A
Croisement test ou test cross
[AB]
A
B
B
A
a
B
b
X
X
a
a
b
b
a
a
b
b
[ab]
A
a
a
a
B
b
b
b
A
Croisement test ou test cross
[AB] 40%
A
a
B
b
A
B
B
A
a
B
b
X
X
a
a
b
b
a
a
b
b
[Ab] 10%
A
a
b
b
[aB] 10%
A
a
B
B
[ab] 40%
a
a
b
b
Aspects génétiques Les recombinaisons génétiques permettent le brassage des allèles entre chromosomes homologues et l’invention de nouvelles combinaisons qui seront ensuite soumises à la sélection naturelle Elles surviennent au niveau des chiasmas (Crossing over) Elles ont également permis la cartographie du génome par la mesure indirecte de la distance génétique entre les gènes (ou des marqueurs anonymes) exprimée en centimorgans (cM)
Aspects génétiques
A
A
a
a
B
B
b
b
Marqueurs proches
Aspects génétiques
A
A
a
a
B
B
b
b
Marqueurs proches la probabilité qu’ils soient dissociés par recombinaison est faible: liaison forte
Aspects génétiques
A
A
a
a
B
B
b
b
Marqueurs éloignés
Aspects génétiques
A
A
a
a
Marqueurs éloignés la probabilité qu’ils soient dissociés par recombinaison est importante: liaison faible
B
B b
B b
b
Aspects génétiques
A
A
a
a
Marqueurs éloignés la probabilité qu’ils soient dissociés par recombinaison est importante: liaison faible
B
B B b
B b
b
mais attention aux doubles crossing over!
Aspects génétiques
A
A
a
a
Marqueurs éloignés la probabilité qu’ils soient dissociés par recombinaison est importante: liaison faible
B
B B b
B b
b
mais attention aux doubles crossing over! La distance génétique est relative
Aspects génétiques
A
A
a
a
B
B
B
B
Risque d’erreurs dans la réalisation d’un diagnostic génotypique prénatal indirect (utilisant des marqueurs encadrant une mutation morbide).
Aspects génétiques
A
A
a
a
B
b B
B
B
Risque d’erreurs dans la réalisation d’un diagnostic génotypique prénatal indirect (utilisant des marqueurs encadrant une mutation morbide).
Aspects génétiques
A
B
A
b B
a
B
a
B
Risque d’erreurs dans la réalisation d’un diagnostic génotypique prénatal indirect (utilisant des marqueurs encadrant une mutation morbide).
A
a
B
Si la mutation est associée à un génotype AB dans le chromosome parental, elle peut B l’être au génotype aB chez un fœtus qui sera considéré comme sain alors qu’il est atteint (et vice versa pour un génotype AB fœtal)
Anomalies de la méïose La méïose est un processus complexe dans lequel intervient un grand nombre de gènes En pathologie humaine, les anomalies touchant la méïose sont fréquentes et aboutissent: - soit à un blocage du processus et à une infertilité: exemple des asynapsis totaux ou partiels chez les hommes infertiles - soit à des anomalies chromosomiques dans la descendance: exemple des malségrégations et des aneuploïdies foetales
Trisomie 13
Trisomie 21
Trisomie 18
Différences entre méiose et mitose Localisation
tous les tissus
gonades
Produits Réplication de L’ADN Durée de la Prophase Appariement des Homologues Recombinaison
cellules somatiques 46 chr 1 cycle de réplication par division courte (30’)
spz et ovocytes 23 chr 1 cycle de réplication mais 2 divisions longue et complexe
aucun rare et anormale
Relation entre cell Filles identiques
oui (méiose I) au moins 1 par paire d’homologues différentes