[PDF] Influence de la structure des chromosomes sur lexpression des gènes

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Simonnet Jean Structure des chromosomes et expression des gènes Chateigner Aurélien 1

Influence de la structure des

chromosomes sur l'expression des gènes But des manipulations : A partir de 2 caryotypes de drosophile, étant identiques au niveau de la

séquence du gène white (sauvage) et d'une série de dosages montrant le degré de pigmentation de

l'oeil, on va montrer que la structure chromatinienne peut jouer un rôle dans l'expression de certains

gènes et conduire à des phénotypes différents.

I. Introduction

A . Chromosomes polyténiques de la drosophile

Chez la drosophile, on dénombre 4 paires de chromosomes. La première paire est celle des

chromosomes sexuels, avec notamment le chromosome X dont le centromère se situe à une

extrémité, un renflement est situé à l'autre extrémité, et un étranglement se trouve juste avant ce

renflement. La deuxième possédant un bras court et un bras long pour chaque chromosome, du fait

de la position excentrée du centromère. La troisième paire possède un centromère central, qui fait

que les bras sont de même taille. La quatrième paire se compose de chromosomes de petite taille.

Figure 1 : Les 4 paires de chromosomes chez Drosophila Melanogaster (femelle) (chromosomes homologue séparés)

Un chromosome polyténique résulte de multiples cycles de synthèse d'ADN sans division cellulaire ni

séparation physiologique des chromosomes, ce qui entraîne des copies de gènes multiples du même chromosome associés en brins parallèles. Cette propriété de duplication en plusieurs milliers

d'exemplaires confère une très grande taille au chromosome. L'activité transcriptionnelle est plus

intense.

Il est facile d'observer ces chromosomes dans les noyaux des cellules des glandes salivaires de larves

de drosophile de 3

ème

stade, de par leur grande taille. On constate que les chromosomes

polyténiques sont constitués de bandes sombres et de bandes claires, les bandes sombres contenant

beaucoup d'ADN (hétérochromatine) et les claires en contenant peu (euchromatine). Les parties sombres correspondent donc à des gènes réprimés et les claires à des gènes qui s'expriment. Chaque

profil de bande de chromosome est spécifique, pour 2 chromosomes X issus de 2 drosophiles

différentes, on retrouvera un même enchainement de bandes claires et sombres. Au niveau des

bandes claires on dénombre un certain nombre de bandes sombres très fines, décelables seulement

Simonnet Jean Structure des chromosomes et expression des gènes Chateigner Aurélien 2

au microscope électronique. On constate alors que les centromères sont constitués largement

d'hétérochromatine et qu'ils sont tous réunis dans une zone appelée chromocentre. Figure 2 : chromosomes des glandes salivaires de Drosophile (chromosomes homologues appariés)

B. Gène White chez la drosophile

C'est un gène impliqué dans le transport des pigments dans les facettes de l'oeil, chaque facette

correspondant à un neurone sensitif. Il se situe sur le chromosome X dans la région de la constriction

cité précédemment, dans de l'euchromatine.

II. Manipulations et résultats

4 souches différentes de drosophiles sont mises à disposition. Une sauvage, une [w

] (phénotype

white : yeux blanc), la souche B appelés 25300 et une A appelé 25300'. Notre but dans cette

expérience va être de doser le pigment rouge de l'oeil de la drosophile.

Pour chaque lignée, on prend 10 mouches auxquelles on coupe la tête. On dispose ensuite les têtes

dans un tube Eppendorf contenant 150 µL de chloroforme et 150 µL d'Ammoniaque. On écrase les

têtes dans la solution avec un pilon adapté au tube, puis on vortex pendant 30 secondes.

On centrifuge ensuite pendant 2 minute à vitesse maximale. Deux phases sont visibles après, la

supérieure contenant le pigment à doser. Elle est colorée pour la souche sauvage et pour les autres

un peu moins. On récupère 100 µL de la phase avec le pigment que l'on place dans 900 µL

d'ammoniaque ce qui fait un volume final de 1000 µL.

On mesure ensuite la DO à 485 nm de chaque solution. Les résultats du groupe sont reportés dans le

tableau suivant : Simonnet Jean Structure des chromosomes et expression des gènes Chateigner Aurélien 3 [sauvage] [w ] 25 300 25300'

0,484 0 0,035 (0,01)

0,542 0 0,034 0,038

0,437 (0,004) 0,029 0,069

0,504 0 0 ,023 0,048

0,547 0 (0,017) 0,067

0,481 0 0,036 0,058

0,587 0 (0,004) 0,056

0,466 0 0,035 0,059

0,504 0 0,044 0,051

0,394 0 0

Moyenne = environ 0,5 Moyenne = 0 Moyenne = environ 0,035 Moyenne = environ 0,06

Les valeurs entre parenthèses ne sont pas prises en compte : elles résultent d'erreur de

manipulation.

III. Interprétations

Tout d'abord, on peut noter des différences entre les valeurs des différents binômes. On peut les

expliquer tout simplement par le fait que l'écrasement des têtes n'a pas été le même. La

pigmentation peut être différente en fonction de l'âge des drosophiles.

Pour les souches sauvages, le témoin positif, la valeur d'absorbance est élevée, ce qui est normal car

l'oeil est pigmenté.

Pour les souches de phénotypes white, le témoin négatif, il n'y a pas de pigmentation dans l'oeil

donc la valeur d'absorbance est nulle. En effet le gène white est muté, la protéine impliquée dans le

transport des pigments dans l'oeil n'est donc pas fonctionnelle ce qui explique la non pigmentation de l'oeil. Pour les souches 23500, on constate que la valeur d'absorbance est plus de 10 fois moins importante

que la valeur déterminée pour la souche sauvage. On peut s'attendre à avoir alors des yeux plus

clairs, par exemple une mutation dans le gène white qui fait que les pigments auraient moins

d'affinité pour la protéine de transport. Cependant lorsque l'on regarde les yeux, on constate un

phénotype en mosaïque : des facettes sont rouges et d'autre sont blanches. Regardons maintenant le caryotype de la souche sauvage et celui de la souche 23500 (voir Annexe).

On constate une boucle d'inversion sur le chromosome X (repéré grâce au renflement visible à son

extrémité). Cette inversion positionne le gène White, situé normalement dans la boucle près de son

commencement, à proximité du centromère. Le gène est alors déplacé près d'une zone ou la

chromatine est sous forme condensée (hétérochromatine). Or les gènes situés dans

l'hétérochromatine sont réprimés de par cette structure condensée qui empêche les facteurs de

transcription spécifiques du gène de s'y fixer ; de plus la frontière de l'hétérochromatine n'est pas

fixe, elle peut s'étendre plus ou moins dans l'euchromatine : la chromatine est dynamique. Ce

phénomène est appelé la Variégation : les gènes de l'euchromatine, proche de l'hétérochromatine

vont être plus ou moins réprimés du fait du dynamisme chromatinien et vont alors s'exprimer dans

certaines cellules et pas dans d'autres. Ceci explique alors pourquoi dans le cas de cette inversion, le

Simonnet Jean Structure des chromosomes et expression des gènes Chateigner Aurélien 4 gène white s'exprime dans certains neurones et pas dans d'autres, ce phénomène aboutissant à des yeux en mosaïque. Souche 23500' : Ici on voit que la variégation est moins importante : l'absorbance est plus forte que pour 23500, ce qui signifie que les yeux sont plus colorés (plus de facettes colorées). Cependant l'inversion est la même. On peut déduire que la condensation de la chromatine s'effectue avec un rendement moins important. Une des protéines participant à la condensation à ce niveau ne doit pas être fonctionnelle. On peut alors supposer qu'il y a une mutation au niveau d'un gène codant pour une protéine de condensation de la chromatine, qui ne sera pas fonctionnelle, ce qui empêche une bonne condensation et qui diminue la variégation.

IV. Conclusion

Ainsi, nous avons démontré par cette simple expérience que la structure chromatinienne peut jouer

un rôle dans l'expression de certains gènes et conduire à des phénotypes différents. En effet, par des

phénomènes de boucle d'inversion, ou encore par des phénomènes, que nous n'avons pas vus ici, de

boucle de délétion, le phénotype varie, et l'expression des gènes est différente. De plus, le degré de

condensation de la chromatine qui implique la Variégation fait aussi varier l'expression des gènes en

des phénotypes multiples.

Nous avons ici étudié ce phénomène dans le gène white de la drosophile, mais il s'observe aussi dans

le gène " notch-wing » (ailes présentant des indentations), où la délétion est létale à l'état

homozygote et apparaît récessive en ce qui concerne la létalité. Cette mutation se comporte comme

si elle était dominante dans le cas de certaines délétions et cassures chromosomiques à l'intérieur du

gène.

La structure chromatinienne est donc primordiale, et peut présenter d'énormes différences, dans de

nombreux cas de mutations spéciales.

Figure 3 : boucle d'inversion sur un

chromosome polyténiquequotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

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