diagramme du noyau montrant la membrane nucléaire externe parsemée de ribosomes, les pores nucléaires, L’ADN (complexé sous forme de chromatine) et le nucléole.
le noyau contient la quasi-totalité de l’ADN de la cellule, entouré d’un réseau de filaments intermédiaires fibreux et enveloppé dans une double membrane appelée « enveloppe nucléaire ». L’enveloppe nucléaire sépare le fluide à l’intérieur du noyau, appelé le nucléoplasme, du reste de la cellule., La taille du noyau dépend de la taille de la cellule dans laquelle il est contenu, un noyau occupant généralement environ 8% du volume total de la cellule. Le noyau est le plus grand organite des cellules animales.: 12 dans les cellules de mammifères, le diamètre moyen du noyau est d’environ 6 micromètres (µm).
enveloppe nucléaire et pores
l’enveloppe nucléaire est constituée de deux membranes, une membrane nucléaire interne et une membrane nucléaire externe.,: 649 ensemble, ces membranes servent à séparer le matériel génétique de la cellule du reste du contenu cellulaire et permettent au noyau de maintenir un environnement distinct du reste de la cellule. Malgré leur apposition étroite autour d’une grande partie du noyau, les deux membranes diffèrent sensiblement par leur forme et leur contenu. La membrane interne entoure le contenu nucléaire, fournissant son bord déterminant.: 14 intégrées dans la membrane interne, diverses protéines lient les filaments intermédiaires qui donnent au noyau sa structure.,: 649 la membrane externe entoure la membrane interne et est continue avec la membrane du réticulum endoplasmique adjacente.: 649 dans le cadre de la membrane du réticulum endoplasmique, la membrane nucléaire externe est parsemée de ribosomes qui traduisent activement les protéines à travers la membrane.:649 L’espace entre les deux membranes, appelé « espace périnucléaire », est continu avec la lumière du réticulum endoplasmique.:649
pores Nucléaires, qui fournissent des canaux aqueux à travers l’enveloppe, sont composés de plusieurs protéines, collectivement, nucléoporines., Les pores sont d’environ 60-80 millions de daltons en poids moléculaire et se composent d’environ 50 (dans la levure) à plusieurs centaines de protéines (chez les vertébrés).: 622-4 les pores ont un diamètre total de 100 nm; cependant, l’espace à travers lequel les molécules diffusent librement n’est large que d’environ 9 nm, en raison de la présence de systèmes de régulation au centre du pore. Cette taille permet sélectivement le passage de petites molécules solubles dans l’eau tout en empêchant les molécules plus grosses, telles que les acides nucléiques et les protéines plus grosses, d’entrer ou de sortir de manière inappropriée du noyau., Ces grosses molécules doivent être activement transportées dans le noyau à la place. Le noyau d’une cellule typique de mammifère aura environ 3000 à 4000 pores dans toute son enveloppe, dont chacun contient une structure en forme d’anneau octuple symétrique à une position où les membranes interne et externe fusionnent. Attaché à l’anneau est une structure appelée le panier nucléaire qui s’étend dans le nucléoplasme, et une série d’extensions filamenteuses qui atteignent dans le cytoplasme. Les deux structures servent à médier la liaison aux protéines de transport nucléaire.,: 509-10
la plupart des protéines, des sous-unités ribosomiques et certains ARN sont transportés à travers les complexes interstitiels dans un processus médié par une famille de facteurs de transport connus sous le nom de caryophérines. Les caryophérines qui médient le mouvement dans le noyau sont également appelées importines, tandis que celles qui médient le mouvement hors du noyau sont appelées exportines. La plupart des caryophérines interagissent directement avec leur cargaison, bien que certaines utilisent des protéines adaptatrices., Les hormones stéroïdes telles que le cortisol et l’aldostérone, ainsi que d’autres petites molécules liposolubles impliquées dans la signalisation intercellulaire, peuvent diffuser à travers la membrane cellulaire et dans le cytoplasme, où elles se lient aux protéines réceptrices nucléaires qui sont acheminées dans le noyau. Là, ils servent de facteurs de transcription lorsqu’ils sont liés à leur ligand; en l’absence d’un ligand, de nombreux récepteurs de ce type fonctionnent comme des histones désacétylases qui répriment l’expression génique.,: 488
lame nucléaire
dans les cellules animales, deux réseaux de filaments intermédiaires fournissent au noyau un support mécanique: la lame nucléaire forme un maillage organisé sur la face interne de l’enveloppe, tandis qu’un support moins organisé est fourni sur la face cytosolique de l’enveloppe. Les deux systèmes fournissent un support structurel pour l’enveloppe nucléaire et des sites d’ancrage pour les chromosomes et les pores nucléaires.
La lame nucléaire est principalement composée de protéines lamines., Comme toutes les protéines, les lamines sont synthétisées dans le cytoplasme et plus tard transportées à l’intérieur du noyau, où elles sont assemblées avant d’être incorporées dans le réseau existant de lamines nucléaires. Les lamines présentes sur la face cytosolique de la membrane, telles que l’émerine et la nesprine, se lient au cytosquelette pour fournir un soutien structurel. On trouve également des lamines à l’intérieur du nucléoplasme où elles forment une autre structure régulière, connue sous le nom de voile nucléoplasmique, visible en microscopie à fluorescence., La fonction réelle du voile n’est pas claire, bien qu’il soit exclu du nucléole et soit présent pendant l’interphase. Les structures de Lamine qui composent le voile, telles que LEM3, lient la chromatine et perturbent leur structure inhibe la transcription des gènes codant les protéines.
comme les composants d’autres filaments intermédiaires, le monomère de Lamine contient un domaine alpha-hélicoïdal utilisé par deux monomères pour s’enrouler l’un autour de l’autre, formant une structure de dimère appelée bobine enroulée., Deux de ces structures dimères se rejoignent ensuite côte à côte, dans un arrangement antiparallèle, pour former un tétramère appelé protofilament. Huit de ces protofilaments forment un arrangement latéral qui est tordu pour former un filament semblable à une corde. Ces filaments peuvent être assemblés ou démontés de manière dynamique, ce qui signifie que les changements dans la longueur du filament dépendent des vitesses concurrentes d’addition et de retrait du filament.
des Mutations dans les gènes de la Lamine entraînant des défauts dans l’assemblage du filament provoquent un groupe de troubles génétiques rares appelés laminopathies., La laminopathie la plus notable est la famille des maladies connues sous le nom de progeria, qui provoque l’apparition d’un vieillissement prématuré chez ses patients. Le mécanisme exact par lequel les changements biochimiques associés donnent lieu au phénotype vieilli n’est pas bien compris.
Chromosomes
Un fibroblastes de souris noyau dans lequel l’ADN est coloré en bleu., Les territoires chromosomiques distincts du chromosome 2 (rouge) et du chromosome 9 (vert) sont colorés par hybridation in situ fluorescente.
le noyau cellulaire contient la majorité du matériel génétique de la cellule sous la forme de plusieurs molécules d’ADN linéaires organisées en structures appelées chromosomes. Chaque cellule humaine contient environ deux mètres d’ADN.: 405 pendant la majeure partie du cycle cellulaire, ceux-ci sont organisés en un complexe ADN-protéine connu sous le nom de chromatine, et pendant la division cellulaire, la chromatine peut être vue pour former les chromosomes bien définis familiers d’un caryotype., Une petite fraction des gènes de la cellule se trouve plutôt dans les mitochondries.:438
Il existe deux types de chromatine. L’euchromatine est la forme D’ADN la moins compacte et contient des gènes fréquemment exprimés par la cellule. L’autre type, l’hétérochromatine, est la forme la plus compacte et contient de l’ADN qui est rarement transcrit., Cette structure est en outre classée en hétérochromatine facultative, constituée de gènes organisés en hétérochromatine uniquement dans certains types de cellules ou à certains stades de développement, et en hétérochromatine constitutive constituée de composants structurels chromosomiques tels que les télomères et les centromères. Au cours de l’interphase, la chromatine s’organise en plaques individuelles discrètes, appelées territoires chromosomiques. Les gènes actifs, qui se trouvent généralement dans la région euchromatique du chromosome, ont tendance à être situés vers la limite du territoire du chromosome.,
des anticorps dirigés contre certains types d’organisation de la chromatine, en particulier les nucléosomes, ont été associés à un certain nombre de maladies auto-immunes, telles que le lupus érythémateux disséminé. Ceux-ci sont connus sous le nom d’anticorps antinucléaires (ANA) et ont également été observés de concert avec la sclérose en plaques dans le cadre d’un dysfonctionnement général du système immunitaire.,
nucléole
micrographie électronique d’un noyau cellulaire, montrant le nucléole teinté de noir
le nucléole est le la plus grande des structures discrètes densément colorées, sans membrane connues sous le nom de corps nucléaires trouvées dans le noyau. Il se forme autour des répétitions en tandem de l’ADNR, l’ADN codant pour L’ARN ribosomique (ARNr). Ces régions sont appelées régions organisatrices nucléolaires (NOR)., Les rôles principaux du nucléole sont de synthétiser l’ARNr et d’assembler les ribosomes. La cohésion structurelle du nucléole dépend de son activité, car l’assemblage ribosomique dans le nucléole entraîne l’association transitoire des composants nucléolaires, facilitant ainsi l’assemblage ribosomique, et donc l’association ultérieure. Ce modèle est étayé par des observations selon lesquelles l’inactivation de l’ADNR entraîne un mélange des structures nucléolaires.
dans la première étape de l’assemblage du ribosome, une protéine appelée ARN polymérase I transcrit l’ADNR, qui forme un grand précurseur pré-ARNr., Ceci est clivé en deux grandes sous-unités d’ARNr – 5.8 S et 28S, et une petite sous-unité d’ARNr 18S.:328 la transcription, le traitement post-transcriptionnel et l’assemblage d’ARNr se produisent dans le nucléole, aidés par de petites molécules d’ARN nucléolaire (snoRNA), dont certaines sont dérivées d’introns épissés d’ARN messagers codant des gènes liés à la fonction ribosomique. Les sous-unités ribosomiques assemblées sont les plus grandes structures passées à travers les pores nucléaires.,: 526
lorsqu’il est observé au microscope électronique, le nucléole se compose de trois régions distinctes: les centres fibrillaires les plus internes (FCs), entourés par le composant fibrillaire dense (DFC) (qui contient la fibrillarine et la nucléoline), qui à son tour est bordé par le composant granulaire (GC) (qui contient la protéine nucléophosmine). La Transcription de l’ADNR se produit dans le FC ou à la limite FC-DFC, et, par conséquent, lorsque la transcription de l’ADNR dans la cellule est augmentée, plus de FCs sont détectés., La majeure partie du clivage et de la modification des ARNr se produit dans le DFC, tandis que les dernières étapes impliquant l’assemblage de protéines sur les sous-unités ribosomiques se produisent dans le GC.
Autres organismes nucléaires
Outre le nucléole, le noyau contient un certain nombre d’autres organismes nucléaires. Ceux-ci comprennent les corps de Cajal, les Gémeaux des corps de Cajal, l’association caryosomique interphasique polymorphe (PIKA), les corps de leucémie promyélocytaire (PML), les paraspecles et les taches d’épissage., Bien que l’on sache peu de choses sur un certain nombre de ces domaines, ils sont significatifs en ce qu’ils montrent que le nucléoplasme n’est pas un mélange uniforme, mais contient plutôt des sous-domaines fonctionnels organisés.
D’autres structures subnucléaires apparaissent dans le cadre de processus pathologiques anormaux. Par exemple, la présence de petits bâtonnets intranucléaires a été rapportée dans certains cas de myopathie némaline. Cette condition résulte généralement de mutations dans l’actine, et les bâtonnets eux-mêmes sont constitués d’actine mutante ainsi que d’autres protéines cytosquelettiques.,
corps Cajal et gemmes
Un noyau contient généralement entre une et dix structures compactes appelées corps Cajal ou corps enroulé (CB), dont le diamètre mesure entre 0,2 µm et 2,0 µm selon le type et l’espèce de cellule. Lorsqu’ils sont vus au microscope électronique, ils ressemblent à des boules de fil emmêlé et sont des foyers denses de distribution pour la protéine coilin. Les CBs sont impliqués dans un certain nombre de rôles différents liés au traitement de L’ARN, en particulier la maturation des petits ARN nucléolaires (snoRNA) et des petits ARN nucléaires (snRNA), et la modification de l’ARNm des histones.,
semblables aux corps Cajal, les gemmes des corps Cajal, ou gemmes, dont le nom est dérivé de la constellation des Gémeaux en référence à leur relation étroite « jumelle » avec CBs. Les gemmes sont similaires en taille et en forme à CBs, et en fait sont pratiquement indiscernables au microscope. Contrairement au CBs, les gems ne contiennent pas de petites ribonucléoprotéines nucléaires (snRNP), mais contiennent une protéine appelée survie du motoneurone (SMN) dont la fonction est liée à la biogenèse du snRNP., On pense que les gemmes aident le CBs dans la biogenèse du snRNP, bien qu’il ait également été suggéré à partir de preuves de microscopie que le CBs et les gemmes sont des manifestations différentes de la même structure. Des études ultrastructurales ultérieures ont montré que les gemmes étaient des jumeaux de corps Cajal, la différence étant dans le composant coilin; les corps Cajal sont SMN positifs et coilin positifs, et les gemmes sont SMN positives et coilin négatives.
domaines PIKA et PTF
les domaines PIKA, ou associations caryosomiques interphasiques polymorphes, ont été décrits pour la première fois dans des études de microscopie en 1991., Leur fonction reste incertaine, bien qu’ils ne soient pas considérés comme associés à la réplication active de l’ADN, à la transcription ou au traitement de l’ARN. Ils se sont souvent associés à des domaines discrets définis par une localisation dense du facteur de transcription PTF, qui favorise la transcription de petits ARN nucléaires (snRNA).
corps de LEMP
Les corps de leucémie promyélocytaire (corps de LEMP) sont des corps sphériques trouvés dispersés dans le nucléoplasme, mesurant environ 0,1–1,0 µm., Ils sont connus sous un certain nombre d’autres noms, y compris le domaine nucléaire 10 (ND10), les corps de Kremer et les domaines oncogènes PML. Les corps PML sont nommés d’après l’un de leurs principaux composants, la protéine de leucémie promyélocytaire (PML). Ils sont souvent vus dans le noyau en association avec des corps Cajal et des corps de clivage. Les souris Pml -/ -, qui sont incapables de créer des corps PML, se développent normalement sans effets néfastes évidents, montrant que les corps PML ne sont pas nécessaires pour la plupart des processus biologiques essentiels.,
taches D’épissage
Les taches sont des structures subnucléaires enrichies en facteurs d’épissage D’ARN pré-messager et situées dans les régions d’interchromatine du nucléoplasme des cellules de mammifères. Au niveau du microscope à fluorescence, ils apparaissent comme des structures irrégulières, ponctuées, qui varient en taille et en forme, et lorsqu’ils sont examinés par microscopie électronique, ils sont vus comme des amas de granules d’interchromatine., Les mouchetures sont des structures dynamiques, et leurs composants protéiques et ARN-protéines peuvent faire un cycle continu entre les mouchetures et d’autres emplacements nucléaires, y compris les sites de transcription actifs. Des études sur la composition, la structure et le comportement des mouchetures ont fourni un modèle pour comprendre le compartimentage fonctionnel du noyau et l’organisation de la machinerie d’expression génique épissant les snRNPs et d’autres protéines d’épissage nécessaires au traitement pré-ARNm., En raison des besoins changeants d’une cellule, la composition et l’emplacement de ces corps changent en fonction de la transcription et de la régulation de l’ARNm via la phosphorylation de protéines spécifiques. Les taches d’épissage sont également connues sous le nom de taches nucléaires (taches nucléaires), compartiments de facteur d’épissage (compartiments SF), grappes de granules d’interchromatine (IGC) et snurposomes B.Les snurposomes B se trouvent dans les noyaux d’ovocytes d’amphibiens et dans les embryons de Drosophila melanogaster. Les snurposomes B apparaissent seuls ou attachés aux corps Cajaux dans les micrographies électroniques des noyaux d’amphibiens., Les IGC fonctionnent comme sites de stockage pour les facteurs d’épissage.
Paraspeckles
Découvert par Fox et coll. en 2002, les paraspecles sont des compartiments de forme irrégulière dans l’espace interchromatin du noyau. D’abord documentés dans les cellules HeLa, où il y en A Généralement 10-30 par noyau, les paraspecles sont maintenant connus pour exister également dans toutes les cellules primaires humaines, les lignées cellulaires transformées et les sections tissulaires., Leur nom est dérivé de leur distribution dans le noyau; le » para « est l’abréviation de parallèle et les » taches » font référence aux taches d’épissage auxquelles ils sont toujours à proximité.
Les Paraspecles séquestrent les protéines nucléaires et L’ARN et semblent donc fonctionner comme une éponge moléculaire impliquée dans la régulation de l’expression des gènes. De plus, les paraspecles sont des structures dynamiques qui sont modifiées en réponse aux changements de l’activité métabolique cellulaire., Ils sont dépendants de la transcription et en l’absence de transcription de L’ARN Pol II, le paraspecle disparaît et tous ses composants protéiques associés (PSP1, p54nrb, PSP2, CFI(m)68 et PSF) forment un chapeau périnucléolaire en forme de croissant dans le nucléole. Ce phénomène est démontré au cours du cycle cellulaire. Dans le cycle cellulaire, les paraspeckles sont présents pendant l’interphase et pendant toute la mitose à l’exception de la télophase. Au cours de la télophase, lorsque les deux noyaux filles sont formés, il n’y a pas de transcription de L’ARN Pol II, de sorte que les composants protéiques forment plutôt un capuchon périnucléolaire.,
fibrilles de Périchromatine
les fibrilles de Périchromatine ne sont visibles qu’au microscope électronique. Ils sont situés à côté de la chromatine transcriptionnellement active et sont supposés être les sites de traitement actif du pré-ARNm.
Clastosomes
Les clastosomes sont de petits corps nucléaires (0,2–0,5 µm) décrits comme ayant une forme annulaire épaisse en raison de la capsule périphérique autour de ces corps. Ce nom est dérivé du grec klastos, cassé et soma, corps. Les Clastosomes ne sont généralement pas présents dans les cellules normales, ce qui les rend difficiles à détecter., Ils se forment dans des conditions protéolytiques élevées dans le noyau et se dégradent une fois qu’il y a une diminution de l’activité ou si les cellules sont traitées avec des inhibiteurs du protéasome. La rareté des clastosomes dans les cellules indique qu’ils ne sont pas nécessaires à la fonction du protéasome. Il a également été démontré que le stress osmotique provoque la formation de clastosomes. Ces corps nucléaires contiennent des sous-unités catalytiques et régulatrices du protéasome et de ses substrats, ce qui indique que les clastosomes sont des sites de dégradation des protéines.
