Fiche de révision : Chromatine et ADN

📋 Plan du Cours

1. Composition en bases de l’ADN
2. Organisation de la double hélice
3. Isoformes de la double hélice
4. Surenroulement et topoisomérases
5. Nucléosomes et histones
6. Fibres de chromatine
7. Remodelage et histones modifiées
8. Méthylation de l’ADN et pathologies
9. Électrophorèse et absorbance UV
10. Dénaturation et hybridation moléculaire

📖 1. Composition en bases de l’ADN

★ À maîtriser

• L’ADN contient quatre bases, A, G, T et C, avec une concentration en A égale à celle en T et une concentration en C égale à celle en G.

• Dans l’ADN, la concentration totale en bases puriques est égale à celle en bases pyrimidiques.

Compléments

• La composition en bases de l’ADN varie selon l’espèce, et le rapport A/G vaut 1 chez E. coli et 1,56 chez l’Homme.

📖 2. Organisation de la double hélice

🔑 Notions clés & Définitions

• Double hélice d’ADN : La double hélice d’ADN est une structure en escalier en colimaçon autour d’un axe imaginaire, où les bases hydrophobes sont à l’intérieur et les chaînes désoxyribose-phosphate à l’extérieur.

★ À maîtriser

• Watson et Crick ont proposé le modèle de la double hélice en 1953 à partir de la composition en bases et de diagrammes de diffraction des rayons X.

📌 Les deux chaînes d’ADN sont complémentaires mais non identiques et antiparallèles, l’une orientée 5’→3’ et l’autre 3’→5’.

• L’adénine s’apparie avec la thymine par deux liaisons hydrogène, tandis que la guanine s’apparie avec la cytosine par trois liaisons hydrogène.

Compléments

• Le grand sillon de la double hélice est plus accessible que le petit sillon aux interactions avec les protéines impliquées dans la transcription, la réplication et la réparation.

• La dénaturation de l’ADN sépare les deux brins par rupture des liaisons hydrogène sans détruire les brins, et le cours indique un chauffage à 90 °C pour la provoquer.

💡 Astuce mémo

Un escalier en colimaçon : les bases forment les marches, les sucres-phosphates les rampes.

📖 3. Isoformes de la double hélice

★ À maîtriser

• L’ADN de type B est l’isoforme la plus répandue chez les eucaryotes et correspond à la forme hydratée de la molécule native.

• L’ADN de type B est une hélice droite d’un diamètre de 2,4 nm, qui comprend 10,4 paires de bases par tour et tourne de 34,6° entre deux plateaux successifs.

Compléments

• Le pas de l’hélice B est de 3,4 nm, soit un allongement d’environ 0,33 nm par paire de bases.

• Dans l’ADN de type B, la liaison N-β-glycosidique adopte une conformation anti.

📖 4. Surenroulement et topoisomérases

🔑 Notions clés & Définitions

• Surenroulement : Le surenroulement est l’enroulement de l’axe de la double hélice d’ADN sur lui-même, phénomène qui contribue à compacter l’ADN.

★ À maîtriser

📌 Le surenroulement négatif facilite la séparation des brins, tandis que le surenroulement positif resserre la double hélice.

• Deux molécules circulaires d’ADN ayant la même séquence mais un nombre d’enlacements différent sont des topoisomères.

• 🔄 Les topoisomérases agissent en trois étapes :

  1. Clivage d’un ou de deux brins d’ADN
  2. Passage d’un segment d’ADN à travers la brèche
  3. Rescellement de la brèche

• Les topoisomérases sont indispensables à la réplication, à la transcription et à la réparation de l’ADN.

Compléments

📐 Formule - Le nombre d’enlacements vérifie $L = T + W$, où T représente les tours spontanés et W les vrilles imposées.

📌 Lorsque les extrémités de l’ADN sont fixes et qu’aucune enzyme n’agit, le nombre d’enlacements reste constant malgré les déformations locales.

💡 Astuce mémo

Le surenroulement négatif ouvre l’accès aux brins ; le positif resserre l’hélice.

📖 5. Nucléosomes et histones

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatine : La chromatine est le complexe formé par l’ADN nucléaire et les protéines histones et non histones qui assurent son empaquetage.
• Nucléosome : Le nucléosome est le premier niveau d’organisation chromosomique, constitué d’ADN enroulé autour d’un noyau octamérique d’histones.

★ À maîtriser

• Le noyau du nucléosome comprend deux exemplaires de chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4, soit huit protéines.

Compléments

• Les histones du cœur sont de petites protéines riches en acides aminés basiques et fortement conservées entre les espèces.

• L’assemblage du noyau nucléosomique associe un tétramère H3-H4 à deux dimères H2A-H2B pour former l’octamère autour duquel s’enroule l’ADN.

• Les charges positives des histones neutralisent les charges négatives des phosphates de l’ADN, limitent leur répulsion et favorisent l’enroulement de l’ADN.

📖 6. Fibres de chromatine

★ À maîtriser

• Pendant l’interphase, le nucléofilament de 10 à 11 nm forme une succession de nucléosomes en collier de perles, premier niveau de compaction de l’ADN.

• La fibre de chromatine de 30 nm est plus compacte que le nucléofilament et est stabilisée notamment par l’histone H1 et les queues d’histones.

Compléments

• Les nucléosomes se répètent à intervalles d’environ 200 paires de nucléotides, avec environ 150 paires autour du noyau d’histones et 50 à 80 paires dans l’ADN de liaison.

📌 La fibre de 30 nm peut être décrite par le modèle régulier du solénoïde ou par le modèle plus désordonné en zigzag.

💡 Astuce mémo

Un collier de perles de 10 nm se replie en fibre plus compacte de 30 nm.

📖 7. Remodelage et histones modifiées

★ À maîtriser

📌 L’euchromatine est décondensée, accessible et transcriptionnellement active, tandis que l’hétérochromatine est condensée, difficilement accessible et associée à une réplication plus tardive.

• Les complexes de remodelage utilisent de l’ATP pour glisser l’octamère le long de l’ADN, transférer un nucléosome vers une autre région ou remodeler localement l’ADN fixé au nucléosome.

• L’acétylation des lysines des histones réduit leurs charges positives, diminue leurs interactions avec l’ADN et est souvent associée à une chromatine décondensée et à une transcription active.

Compléments

• Les queues d’histones peuvent subir :

  • Une acétylation sur des lysines
  • Une méthylation sur des lysines
  • Une phosphorylation sur des sérines

• Les HAT ajoutent un groupement acétyle aux histones, tandis que les HDAC le retirent.

💡 Astuce mémo

Acétylation → interactions histone-ADN réduites → chromatine plus accessible.

📖 8. Méthylation de l’ADN et pathologies

🔑 Notions clés & Définitions

• Méthylation de l’ADN : La méthylation de l’ADN est une modification épigénétique sans changement de séquence, transmise aux cellules filles, qui concerne les cytosines des doublets CpG chez les eucaryotes.

★ À maîtriser

📌 Les régions d’ADN hyperméthylées sont généralement silencieuses et peu accessibles aux protéines, tandis que les régions hypométhylées sont plus actives sur le plan transcriptionnel.

📌 Le syndrome de Beckwith-Wiedemann est associé à une hyperméthylation de zones contrôlant la croissance, tandis que le syndrome de Silver-Russel est associé à une hypométhylation de ces zones.

Compléments

• Les DNA méthyltransférases méthylent le carbone 5 des cytosines situées dans des séquences CpG.

• Chez les mammifères, environ 70 % des séquences comportant des îlots CpG sont méthylées sur la cytosine.

• Le syndrome de Beckwith-Wiedemann peut comporter :

  • Une croissance excessive
  • Une macroglossie
  • Une organomégalie
  • Une omphalocèle
  • Une hémihypertrophie
  • Des anomalies génito-urinaires
  • Une tumeur de Wilms
  • Des hypoglycémies néonatales

• Le syndrome de Silver-Russel est associé à :

  • Un retard de croissance intra-utérin
  • Une dysmorphie faciale
  • Une macrocéphalie relative
  • Une asymétrie corporelle
  • Des difficultés alimentaires
  • Une clinobrachydactylie du cinquième doigt

• Le cours rapporte que la fréquence du syndrome de Beckwith-Wiedemann passe d’environ 1 % dans la population générale à environ 5 % chez les personnes ayant eu recours à l’AMP.

💡 Astuce mémo

Beckwith-Wiedemann : croissance excessive ; Silver-Russel : retard de croissance.

📖 9. Électrophorèse et absorbance UV

★ À maîtriser

• En électrophorèse, les acides nucléiques chargés négativement migrent vers le pôle positif à travers un gel d’agarose ou de polyacrylamide.

• Les acides nucléiques absorbent les UV avec un maximum à 260 nm, propriété utilisée pour déterminer leur concentration.

Compléments

📌 Le gel de polyacrylamide permet une séparation plus fine que le gel d’agarose.

• Le bromure d’éthidium s’intercale dans la double hélice d’ADN et permet de visualiser les bandes sous UV.

📌 L’absorbance UV d’un simple brin d’ADN est supérieure à celle d’un double brin.

📖 10. Dénaturation et hybridation moléculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Température de fusion : La température de fusion, ou Tm, est la température à laquelle 50 % des brins d’un échantillon d’ADN sont dissociés.

★ À maîtriser

• La Tm augmente lorsque la proportion de GC ou la longueur du brin d’ADN augmente.

• La dénaturation sépare les brins d’ADN par rupture des liaisons hydrogène, tandis qu’un refroidissement lent permet leur réassociation par hybridation moléculaire.

Compléments

• Une sonde d’acide nucléique est complémentaire et antiparallèle à la séquence recherchée et peut être repérée par fluorescence.

• L’ARN est plus fragile que l’ADN et ne peut pas être chauffé sans risque de l’endommager.

💡 Astuce mémo

Chauffer sépare les brins ; refroidir lentement permet leur réassociation.

📊 Tableaux de synthèse

Topoisomérases de types I et II

États de la chromatine