Le chromosome bactérien Flashcards
Pourquoi les bactéries sont utilisées comme modèle ?
- Simples à utiliser
- Grande diversification physiologique
- Mécanismes fondamentaux communs
Quelle est la structure cellulaire des procaryotes ?
- Pas de noyau
- Pas d’organelles cytoplasmiques
- Pas de structures membranaires intracytoplasmiques
- Cytoplasme est environ uniforme
Quelle est la structure cellulaire des eucaryotes ?
- Noyaux
- Organelles cytoplasmiques (mitochondries, chloroplastes)
- Structures membranaires intracytoplasmiques (Appareil de Golgi, réticulum endoplasmique…)
Sur quoi la structure cellulaire des eucaryotes a un impact ?
Sur la régulation et sur la réplication des gènes
Quels sont les 3 domaines de l’arbre de la vie ?
- Eucarya (eucaryotes)
- Bacteria (eubactéries)
- Archaea (archaeabactéries)
Qui ont des ancêtres communs ?
Qu’est-ce que cela signifie ?
- Achaea et les Eucarya (post divergence des Bacteria)
- Les mécanismes cellulaires fondamentaux sont semblables
Qui a divergé en premier des Bacteria ?
Archaea
Quelle est la similarité entre les Bacteria et les Archaea ?
Structures cellulaires équivalentes (fonctions similaires)
Quelle est la différences entre les Bacteria et les Archaea ?
Composition biochimiques différentes (métabolisme)
Décrit moi les Bacteria
- Diversité physiologique et morphologique élevée
- Phototrophe/chimiotrophe…
- Gram + (paroi épaisse et uniforme = retient mieux le cristal violet)
- Gram - (paroi mince et hétérogène = + complexe) = membrane externe
- Reproduction asexuée
Décrit moi les Archaea
- Diversité physiologique et morphologique élevée
- Reproduction asexuée
Décrit moi les Eucarya
- Diversité et complexité élevée
- Mycètes, protistes, animaux et plantes
- Métabolisme similaire aux Archaea, car ils ont divergés de ceux-ci
- Reproduction sexuée
Qu’est-ce que la génétique étudie ? (3)
- Transmission de l’information génétique = stabilité
- Variances des phénotypes
- Analyse de mutants
Que permet l’analyse des mutants ?
- Observer les conséquences sur les mécanismes cellulaires et donc de créer des mécanismes moléculaires
Qu’est-ce qu’a permit la génétique bactérienne ? (2)
Quelles sont les découvertes qui y sont associées ? (6)
- Découverte de mécanismes fondamentaux communs
- De voir l’avantage à utiliser des bactéries en recherche
- Recombinaison intragénique
- Réplication de l’ADN (mécanismes semi-conservatif)
- Existence des ARNm
- Code génétique
- Concept d’opéron
- Enzymes utilisées en bio-mol (enzymes de restrictions)
- Quels sont les avantages à utiliser des bactéries en recherche ? (4)
- Pourquoi ne pas utiliser des organismes di/polyploïdes ?
- Elles ont des cellules haploïdes (une seule copie des chromos) = permet d’avoir une expression immédiate s’il y a une mutation
- Temps de génération court = population très élevé en phase stationnaire (10^9/ml)
- Moyens de sélection puissants = on peut détecter des événements rares rapidement (ex : étalement sur Pétris d’une bact. + antibiotique pour trouver un résistant)
- Reproduction asexuée = pas de brassage génétique, donc formation de clones = une grande population avec le même bagage génétique
- Car s’il y a une mutation, elle peut-être récessive et donc masquée par l’allèle dominante. Pour voir cette mutation, on doit avoir un mutant qui porte seulement les allèles récessives et cela prend du temps = latence génotypique
Quels sont les 3 mécanismes d’échange de matériel génétique?
Qu’est-ce que cela permet ?
- Transformation, conjugaisons et transduction.
- Échanges horizontaux de matériel génétique avec individus pas liés génétiquement.
Explique le concept de la transformation
- Démontre que l’ADN porte le matériel génétique
- ADN nu qui se déplace (par la lyse des cellules)
- Peux passer de colonies rugueuses à lisses = retrouve sa forme par sa capacité transformante
- Explique le concept de la conjugaison
- Quel est l’avantage ?
1.
- Contact entre la cellule donneuse et la cellule réceptrice nécessaire
- Transfert d’ADN plasmidique (il est sélectionné = impact sur la propagation des plasmides)
- L’ADN est protégé de l’environnement et il peut donc garder son intégrité
- Explique le concept de la transduction
- Quel est l’avantage ?
1.
- C’est un vecteur viral (bactériophage) qui transfère l’ADN
- Transfert se fait à distance et dans le temps
- L’ADN est protégé de l’environnement, car elle est dans une capsule
Quelle est la structure d’un chromosome bactérien ? (5)
- Unique (haploïde) (valide pour archées + eubact.)
- Circulaire (en majorité)
- Pas de membrane nucléaire
- A un nucléoïde
- Matériel génétique est chargée + condensée (forme 30-50 boucles autour d’un centre)
Quels sont les exceptions ayant plus d’un chromosome bactérien ?
- Vibrio cholerae = 2 chromos
- Deinococcus = 2 chromos + 2 méga
plasmides
Quelle est la différence entre des chromosomes et des plasmides ?
Les chromos contiennent les gènes essentiels et les plasmides contiennent les gènes accessoires
Est-il possible que les chromos deviennent diploïdes temporairement ?
Sur quoi les formes transitoires ont un impact ?
- Oui, au début de la réplication
- Sur l’expression de certains gènes + l’architecture des
génomes
Quels sont les exceptions qui ont un chromosome linéaire ?
Sur quoi cela a un impact ?
- Borrelia burgdorgferi et Streptomyces
- Sur la réplication, car elles n’ont pas de télomérases.
Sur quoi l’absence d’une membrane nucléaire et la présence d’un nucléoïde a un impact ?
Sur les mécanismes de régulation (comment la cellule fonctionne)
Quelle est la différence entre les chromosomes bactériens et ceux des eucaryotes ?
Et les Archaea ?
- Chromos eucaryotes = enroulés sur des histones et plus compactes
- Chromos procaryotes ont des protéines apparentés aux histones (mais elles ne le sont PAS) : HU, HN-S, Fis, IHF
- Les histones des archées sont similaires à ceux des eucaryotes
L’ADN est environ combien de fois plus petit que le chromosome ?
10x, donc il est très condensée
La condensation de l’ADN est faite pour qu’elle soit compatible avec quoi ?
Avec la transcription, la réplication, la régulation (topoisomérase 1 et 2)…
Dans l’initiation de la réplication, à quoi correspond les séquences d’ADN ?
Et les protéines ?
- Élément cis = du même côté
- Élément trans = au-travers (on a à faire à une autre espèce)
Quel est le site d’initiation de la réplication ? Est-il toujours au même endroit et conservée ?
- oriC
- Oui
Que signifie DnaA en italique ? Et si elle n’est pas en italique ?
- La séquence qui code pour la protéine
- On parle de la protéine
Que sont les boîtes DnaA qui sont très conservées et que font-elles ?
- 5 séquences quasi identiques qui se retrouvent dans oriC et qui ont des affinités différentes
- Elles coordonnent quand initier la réplication
Pourquoi les boîtes DnaA sont quasi identiques ? Qu’est-ce que cela signifie ?
- Car elles ont des affinités différentes
- Les séquences qui ont une petite variation vont s’associer avec plus d’affinité avec certaines boîtes (vice-versa). Et si elles ont une grande affinité = elles ont besoin d’une moins grande concentration de ??? pour s’y associer
Pourquoi la méthylation de Dam est importante ?
- Son état de méthylation coordonne l’initiation de la réplication
Qu’est-ce que la DNA Unwinding Element (DUE) ?
- C’est une séquence avec beaucoup de AT et les 2 brins se séparent facilement = séparation se fait ici pour laisser la machinerie de réplication s’installer
Quelles sont les protéines essentielles lors de l’initiation de la réplication ?
- DnaA, DnaB, DnaC, DnaG, ARN polymérase et PASB (SSB)
Quel est le rôle de DnaA et comment elle fonctionne?
- Initie la réplication en se liant aux boîtes DnaA, ce qui modifie l’enroulement de l’ADN
Quel est le rôle de DnaB ?
- D’agir sur le surenroulement + séparation des brins (hélicase)
Quel est le rôle de DnaC ?
- S’assure que DnaB soit inséré dans les 2 brins (placier)
Quel est le rôle de PASB (SSB) ?
- Inhibe le réappariement des brins (protéines ayant une affinité pour l’ADN simple brin)
Qu’est-ce que la DnaG et l’ARN polymérase ?
Quel est leur rôle ?
Pour qui ces amorces sont essentielles ?
- C’est des primases
- Ils synthétisent des amorces d’ARN
- Pour l’ADN polymérase qui fait l’élongation d’un nouveau brin d’ADN, car celle-ci est dépendante de l’ARN
V/F : L’ouverture des brins survient seulement si toutes les boîtes DnaA sont associées ?
Vrai
Explique le processus de l’initiation de la réplication
- Ouverture au site DUE par l’association des DnaA sur les boîtes DnaA
- DnaC place 2 DnaB dans l’ouverture, ce qui l’agrandit
- DnaC quitte suite à la fixation de DnaB
- PASB empêche les simples brins de se réapparier en se fixant sur eux
- DnaG ou ARN polymérase synthétise une amorce d’ARN
- ADN polymérase fait l’élongation
Pourquoi on dit que la réplication est bidirectionnelle ?
- Les brins prennent une forme thêta au site d’ouverture
- 2 fourches de réplication
- Formation de 2 chromos à chaque ronde de réplication
Sur quoi la réplication bidirectionnelle a un effet ?
- Effet sur la positions des gènes
- Crée une diploïdie temporaire
En 3D, vers où les oriC migrent ?
- Vers les pôles des 2 cellules filles
Où a lieu la terminaison de la réplication ?
Est-ce qu’elle a un site ?
- À la région ter
- Non
Combien de pb les séquences ter ont ?
- 22 pb
Que permet la région ter ?
Quel est donc son rôle ?
- Le passage d’une fourche à un sens unique + contrôler la vitesse des fourches (la ralentir pour éviter une collision)
- Rôle mécanique
La vitesses des fourches sont-elles équivalentes ?
- Non
Quelles sont les protéines qui facilitent la région ter et comment elles fonctionnent ?
- Tus (E.coli) et RTP (B.subtilis)
- Elles bloquent DnaB, ce qui mène à l’arrêt des fourches en empêchant la collision des fourches. Par ce fait, lorsque les fourches se rencontrent, elles cessent de bouger = terminaison.
Quelle est la différence de la région ter chez E.coli et B.subtilis ?
- Chez E.coli, sa région est plus dispersée et chez B.subtilis, elle est plus concentrés (donc plus petite)
Qu’est-ce qui détermine la région ter finale (la rencontre des fourches de réplication) ?
- La proximité des fourches
Quelle est la conséquence si on enlève les régions ter ? Qu’est-ce que ça signifie ?
- La rapidité de génération d’une cellule diminue in vitro
- Cette région a un effet sur la stabilité de la structure des génomes
Lorsque la réplication cesse, on a combien de copies du matériel génétique ?
Que faut-il faire alors avant que ce matériel génétique soit transmit aux cellules filles ?
- 2
- La ségrégation, qui consiste à séparer les chromosomes à la région ter
Qu’est-ce qui survient de temps en temps lors de la ségrégation ?
Quelle est la conséquence ?
- Une recombinaison et donc la formation de dimères dû à des séquences identiques à proximité.
- Absence de partage
S’il y a une recombinaison (impair) = ?
S’il y a 2 recombinaisons = ?
- Dimères
- Monomères
Qu’est-ce qui fait la recombinaison ?
Qu’est-ce que nous avons alors ?
- Le système Rec
- Nous avons une molécule qui contient les 2 copies du matériel génétique, mais qui physiquement est associé
Quel est le système de résolution de dimères qui s’assure que chaque cellule fille se retrouve avec une seule copie du matériel génétique ?
Sur quoi elle agit ?
Vers quelle région elle agit et pourquoi ?
- Recombinase XerC/D
- Agit sur un site dif, à environ 180 degrés de oriC
- Près de la région ter, pour ne pas que XerC/D coupe trop tôt (quelque chose d’autre que des dimères)
Qu’est-ce que dif signifie ?
Si on delete ce site, qu’est-ce qui arrive ?
- Deletion-inducing filamentation
- La recombinaison ne peut plus se faire = on a des chromosomes en forme de dimères au centre de la cellule = le septum ne se forme pas et la cellule continue à croître = filaments
Qu’est-ce qui se passe lorsqu’une molécule d’ADN a 2 dif ?
- XerC/D va être recruté et son activité recombinase va être activé = séparation des dimères
De quelle façon dif est répliqué ?
Pourquoi ?
- Tardivement
- Pour ne pas induire XerC/D inutilement
Avec quelle autre protéine XerC/D agit ?
- Avec FtsK (XerC/D-FtsK)
Qu’est-ce que FtsK ?
Où est-elle ?
Qu’est-ce qu’elle fait ? (3)
- Une ADN translocase situé au septum
- Lié au septum
- Fait migrer l’ADN d’un compartiment cellulaire à l’autre quand il y a la formation du septum
- Elle va lire les séquences KOPS.
- Quand il y a 2 sites dif à proximité sur la même molécule (séparés par le septum) qui se rapprochent de FtsK, FtsK se lient aux dif = elle recrute donc XerC/D (les dif le met en sandwich) et stimule son activité recombinase = recombinaison des dif près du septum = formation de monomères à partir d’un dimère en recombinant les 2 sites dif
(voir diapo 59)
Formation du septum est coordonnée avec qui ?
Quelle est la conséquence si FtsK est inhibée ?
- FtsK
- Les chromosomes sont coupés, car le septum se forme malgré qu’il y a toujours de l’ADN sur le site de formation. La cellule = pas fonctionnelle.
Quelles protéines chez B.subtilis sont homologues à FtsK ?
- SftA et SpoIIIE
Que fait SpoIIIE ?
Que se passe t-il quand on a des mutants SpoIIIE- et quelle est la conséquence ?
Qu’est-ce que cela nous a permit de bien comprendre ?
- Ségrégation de spores
- Des spores avec une portion de chromosome, car on aura la formation de dimères et du septum avant que le matériel génétique ait complètement migré vers l’endospore. Une cellule fille aura plus de matériel génétique.
- Le fonctionnement de FtsK
À l’exception de la formation des dimères, quel est un autre problème lors de la réplication ?
Comment ce problème est résolu ?
- Les chromosomes sont en catène (forment des maillons de chaîne en bloquant la ségrégation)
- Par la topoisomérase IV (type 2) qui fait le bris bicaténaire sur un chromosome et refait la ligature sans perte de matériel génétique
Qu’elle est l’étape avant le partage et pourquoi ?
Explique son fonctionnement
Les 2 mécanismes sont-ils complémentaires ?
- La condensation de l’ADN pour que la cellule puisse séparer les chromosomes
- L’ADN répliqué va se condenser par des mécanismes de surenroulement + condensines
- Oui
Que font les condensines ?
Qu’elle est la condensine de E.coli
- Elles vont condenser au fur et à mesure des surenroulements
- MukB
Qu’arrive t-il quand la condensine d’E.coli mute ?
- Elle n’est plus fonctionnelle, alors le partage ne se fait pas adéquatement = cellule sans chromosome (anucléée)
Qu’arrive t-il à une cellule sans chromosome ?
Qu’arrive t-il alors à l’autre cellule qui contient les deux chromosomes ?
- Après un certain temps elle meurt, car elle ne peut plus s’adapter aux conditions environnementales et se diviser/répliquer (ne peut plus renouveler ses protéines)
- Il y a une diploïdie temporaire et le septum va se reformer
Quels sont les conséquences à l’inhibition du surenroulement dans MukB- ?
- Pas de ségrégation et de partage
- Cellule sans ADN
Quelles sont les autres condensines ?
- MukE et MukF
Chez B.subtilis, les condensines sont plus apparentées aux homologues de quoi ?
- Des eucaryotes
En quoi consiste le partage des chromosomes ? (valide chez les plasmides)
- À la migration/séparation des chromosomes pour qu’ils se déplacent vers les cellules filles
- C’est un mécanisme de sécurité
Le partage est un système à combien de protéines et de site-ADN ?
- 2 protéines + 1 site-ADN
Quelles sont les protéines impliquées dans le partage ?
- ParA, ParB et parS (site sur l’acide nucléique)
Où se situe le site parS ?
- Près de oriC
Quand les zones de réplication sont débutées, que se passe t-il ?
- Duplication du site parS, car il y a 2 oriC = 2 parS
Qu’est-ce qui stimule la polymérisation de ParA en présence d’ATP ? (ParA-ATP)
Qu’est-ce que ça provoque ?
- Lorsque ParB s’attache à parS = ParB-parS
- Formation de filaments dynamiques d’une extrémité à l’autre de la cellule + traction/propulsion de ParB-parS/oriC
Explique le processus du partage
Dans ce processus, est-ce que la région ter bouge ?
- parS se duplique
- ParB s’attache aux 2 parS = ParB-parS
- ParA est polymérisé et va éloigner l’ADN du centre par la propulsion (en poussant les oriC) ou par la traction (en tirant les oriC)
- Séparation des chromosomes dans les cellules filles
- Non
Chez quelle autre bactérie il a été possible de voir la migration de la copie du chromosome vers l’autre pôle ?
Quel est son système ?
- Chez Caulobacter
- Système de traction aux deux extrémités de la cellule
À qui ParA et ParB sont apparentés ?
- Aux tubulines eucaryotes
parS est similaire à quel système ?
- Aux centromères des chromosomes eucaryotes
Quelle est l’étape avant le partage ?
- La réplication des gènes près d’oriC (2 copies)
C’est quoi la cytocinèse ?
- La dernière étape de la division cellulaire où la cellule mère est divisée pour donner 2 cellules filles (réplication-formation du septum synchronisé)
Quelle est la première protéine associée à la division cellulaire (formation du septum) ?
À température élevée, qu’est-ce qui se passe avec son mutant ?
- FtsZ
- FtsZ- forme de longues cellules filamenteuses = plus capable de faire sa fonction (formation du septum)
Quel est le fonctionnement de FtsZ ?
Lorsqu’elle a terminée, qu’est-ce qui se produit ?
- Forme des anneaux concentriques au site de formation du septum, qui est toujours entre les 2 nucléoïdes. De ce fait, elle induit l’invagination de la membrane et réoriente la synthèse du peptidoglycane
- FtsZ se désassemble (dépolymérise) et cherche un autre endroit pour reformer la cloison
Quels sont les gènes altérés chez les mutants ‘‘minicell’’ et que sont-ils ?
Qu’est-ce que ça cause ?
- MinC, MinD et MinE. Structures hélicoïdales oscillant d’un pôle à l’autre
- Un septum excentrique (pas au bon endroit) et donc une minicellule sans matériel génétique. De ce fait, les anneaux concentriques de FtsZ sont fonctionnelles, mais ne forment pas le septum au bon endroit
Quelle est la structure des gènes MinC, D et E ?
Lorsque la concentration de MinD et E est élevé à une extrémité, qu’est-ce qui se passe à l’autre extrémité ?
- Structures hélicoïdales oscillant d’un pôle à l’autre
- Désassemblage et assemblage
Qu’est-ce que cette oscillation par MinC, D et E provoquent ?
Quel est le vrais inhibiteur et où est-il en moins grande concentration
- Empêchent la formation des anneaux FtsZ et dictent où ils vont se former
- MinC et au milieu. Cela signifie que les anneaux vont réussir à s’assembler à cet endroit (favorise formation de FtsZ).
S’il y a un problème de partage (nucléoïde au centre de la cellule), est-ce que le septum se forme ? Explique
- Non, car les anneaux FtsZ seront inhibés en présence de chromosomes en forme de dimères (car ils sont pris ensemble au milieu) pour pas qu’il y ait coupure du matériel génétique. C’est donc un système de sécurité pour assurer que les cellules filles héritent du matériel génétique complet.
Que sont les protéines NO (nucleoïd occlusion) et que font-elles ?
- Elles sont complémentaires aux protéines Min et comme elles, les NO vont s’assurer que le septum se forme dans une région où qu’il n’y a pas de matériel génétique.
Quel est le but de la sélection de léthalité synthétique ?
Explique avec un exemple
- Mettre en évidence des gènes qui ont des fonctions essentiels et qui sont redondants.
- Si on délète le gène a, le gène b va prendre le dessus pour assurer la fonction et la cellule va survivre (ils ont la même fonction) et vice-versa. Cependant, si on délète les 2 gènes (mutations secondaires), la cellule meurt.
Que sont les mutants min ?
Donne 2 particularités.
- Anneaux FtsZ excentriques
- Se forment jamais sur les nucléoïdes (même s’il y en a juste un peu)
- Promoteurs (région en amont des gènes) inductibles (minCDE)
Si on a des mutants min et des slmA (NO E.coli), qu’est-ce qui se passe ?
- La formation d’anneaux sur le nucléoïde = fragmentation du matériel génétique
Chez B.subtilis, qui a le même rôle que slmA ?
- noc
slmA et noc ont donc quel rôle ?
- D’inhiber la polymérisation de FtsZ, ce qui mène à la formation de longue cellules (filaments), car il n’y a pas la répartition du nucléoïde et la formation du septum.
Qu’est-ce que la synchronisation de la croissance bactérienne ?
Quelle est l’expérience de Helmstetter et Cooper qui a permit de récolter à un moment précis des cellule au même âge (chromosome au même état de réplication) ?
- Des cellules au même stade de division/réplication
- Des cellules fixées à une membrane ont fournit 1 nucléotide (T) radioactif pour marquer l’ADN. Avec le nombre d’ADN marqué, cela permet de quantifier l’ADN répliqué.
