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5.5:

Réplication du chromosome

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Molecular Biology
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Chromosome Replication

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Pendant la phase S du cycle cellulaire, le processus de réplication des chromosomes commence simultanément dans chacun des chromosomes d’une cellule à de nombreuses origines de réplication. Une origine de la réplication est une séquence de nucléotides qui interagit avec des protéines d’initiation spécialisées, appelé complexe de reconnaissance de l’origine, sur les sites où la réplication de l’ADN commence. Il est difficile de définir ces origines de réplication.Compte tenu de la grande taille du génome humain, par exemple, des dizaines de milliers d’origines seraient nécessaires pour répliquer l’ensemble du génome en un temps opportun. Chez l’homme, aucun consensus clair sur des séquences d’origine spécifiques n’a été atteint. Au lieu de cela, il est probable que les origines soient définies par une combinaison de séquences nucléotidiques et de structure de chromatine.La longueur de l’ADN qui couvre une origine de réplication et ses deux terminaisons respectives de réplication, là où les fourches de réplication adjacentes finissent par fusionner, est appelé un réplicon. Cependant, la réplication ne se produit pas simultanément dans tous les réplicons. Différents types de cellules ont leur propre moment spécifique pour l’initiation de la réplication, généralement dans des groupes d’origines.La réplication de l’ADN progresse de cette façon dans l’ensemble du chromosome jusqu’à ce qu’elle atteigne les télomères, qui ont un processus de réplication unique impliquant l’enzyme telomerase, une transcriptase inverse. À ce stade du cycle cellulaire, juste avant la division de la cellule, ou phase M, une cellule aura effectivement doublé sa masse chromosomique. En plus de l’ADN, les histones sont essentielles à la structure et à la fonction physique du chromosome eucaryote.Ainsi, pendant la réplication des chromosomes la synthèse des histones doit se produire simultanément avec la réplication de l’ADN. Tandis que les fourches de réplication rayonnent vers l’extérieur depuis les origines de réplication, elles perturbent les nucléosomes associés aux brins modèles de l’ADN. Diverses études suggèrent fortement que les nucléosomes nouvellement formés sont exclusivement fabriqués à partir des histones synthétisés et que les anciens nucléosomes sont réformés.Après coup, les nouveaux et anciens nucléosomes sont dispersés de façon aléatoire dans les deux brins d’ADN après la fourche de réplication.

5.5:

Réplication du chromosome

Avant qu’une cellule puisse se diviser, elle doit répliquer avec précision tous ses chromosomes, y compris l’ADN et ses protéines histones et non histones associées.  Ce processus commence à de nombreuses origines de réplication au cours de la phase S de la cycle cellulaire dans chacun des chromosomes d’une cellule simultanément. Certains nucléotides peuvent agir comme origines de réplication, mais ces séquences ne sont pas bien définies- en particulier chez les espèces eucaryotes complexes, multicellulaires. La longueur de l’ADN qui s’étend sur une origine de réplication et ses deux extrémités respectives, où les fourches de réplication adjacentes vont éventuellement fusionner, est appelée réplicon. La réplication de l’ADN progresse de cette manière, groupe d’origines à la fois, jusqu’à ce qu’il atteigne les télomères, qui ont leur propre processus de réplication spécialisé. À ce stade, lorsque la cellule est en phase M et prête à se diviser, la masse chromosomique de la cellule a effectivement doublé.

Alors que la réplication de l’ADN progresse, de nouvelles protéines d’histone sont synthétisées et de nouvelles particules de noyau d’histone sont formées. Ces protéines sont tout aussi importantes pour la fonction chromosomique que l’ADN, car les histones sont essentielles à la structure physique du chromosome. 

Origines de la réplication

La réplication de l’ADN commence au niveau de certaines séquences nucléotidiques appelées origines de réplication. Ces sites interagissent avec des protéines initiatrices spécialisées qui lancent le processus de séparation et de réplication de l’ADN. La définition et la quantification de ces séquences s’avèrent difficiles, en particulier chez les espèces eucaryotes complexes, multicellulaires. Par exemple, la grande taille du génome humain nécessiterait des dizaines de milliers d’origines de réplication sur l’ensemble des chromosomes. Cependant, le dénombrement de ces sites est difficile car il n’y a pas de consensus clair sur les séquences d’origine spécifiques. Il est probable que les origines de réplication soient définies par une combinaison de séquences nucléotidiques, de diverses protéines et de la structure de la chromatine. 

Réplication des histones

Les histones sont des protéines responsables de l’emballage de l’ADN dans la chromatine, puis dans les chromosomes. Ainsi, les histones sont essentielles à la structure physique et à la fonction du chromosome eucaryote. Au cours de la réplication des chromosomes, de nouvelles histones doivent également être synthétisées afin de conditionner le nouvel ADN dans les nucléosomes. Au fur et à mesure que la fourche de réplication avance, les nouvelles et les anciennes histones se réassemblent de manière aléatoire sur les cellules filles. 

Suggested Reading

  1. Ramachandran, Srinivas, and Steven Henikoff. "Replicating nucleosomes." Science advances 1.7 (2015): e1500587.
  2. Prioleau, Marie-Noëlle, and David M. MacAlpine. "DNA replication origins—where do we begin?." Genes & development 30.15 (2016): 1683-1697.
  3. Leonard AC, Méchali M. DNA replication origins. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2013;5(10):a010116. Published 2013 Oct 1. doi:10.1101/cshperspect.a010116
  4. Greider, Carol W., and Elizabeth H. Blackburn. "Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts." cell 43.2 (1985): 405-413.