CHROMOSOMES

chromosome

n. m. Élément d'une cellule ou d'un virus, qui porte l'information génétique (l'ADN) d'un
organisme.

Le terme a été créé en 1888 par Withelm Waldeyer pour désigner les organites en forme
de bâtonnets qui apparaissent dans le noyau des cellules en division.

Morphologie des chromosomes

Les chromosomes ne sont visibles que lors de la division cellulaire. En microscopie
optique, après coloration, on repère, à l'emplacement du noyau de la cellule, des
bâtonnets dont le nombre et l'aspect sont caractéristiques de l' espèce et constituent son
caryotype : un seul chez les bactéries (chromosome circulaire), 16 chez l'oignon, 104
chez la carpe et 46 chez l'homme. Il n'existe aucune corrélation entre le nombre de
chromosomes et la place de l'organisme dans l'échelle évolutive. Parmi les chromosomes
des organismes supérieurs, on distingue classiquement les autosomes, qui sont
associables deux à deux, et les chromosomes sexuels X et Y, qui ne le sont pas.

Chez les bactéries, il n'existe qu'un unique chromosome (génome haploïde). Chez les
organismes supérieurs, leur nombre est toujours un multiple de deux (génome diploïde),
sauf dans les gamètes qui n'en ont qu'un jeu (haploïdie). L'examen microscopique des
chromosomes en division normale (mitose) montre encore que chaque chromosome est
constitué de deux chromatides identiques séparés sur toute leur longueur, sauf au niveau
d'un point de contact, structure originale qui va s'attacher au fuseau de division cellulaire,
le centromère.

Des colorations plus raffinées font apparaître une organisation des chromosomes en
bandes transversales. Cette organisation est constante dans une espèce et fait l'objet
d'une nomenclature précise. L'origine de ces bandes n'est pas très claire, mais est sans
doute liée à la présence de séquences hautement répétées de l'ADN et à des zones
activement transcrites en ARN. De la même manière, des zones de forte coloration
(hétérochromatine) et faible coloration (euchromatine) apparaissent à la fin de la division
cellulaire, sans pour autant que l'on sache ce qu'elles représentent au plan de l'activité
des gènes.

Chromosome et ADN

Chaque chromosome est constitué d'une seule molécule d'ADN. Celle-ci peut être
longue de quelques dizaines de nucléotides, dans le cas des virus, à quelques centaines
de millions, pour un chromosome humain. La manière dont la double hélice de l'ADN est
repliée dans les chromosomes au repos est mal connue (si elle était déroulée, la molécule
d'ADN d'un chromosome d'un mammifère formerait un fil de quelques centimètres !). En
sus des gènes qui contiennent l'information nécessaire à l'ensemble de la machinerie de la
vie cellulaire, cet ADN contient, chez les eucaryotes, une écrasante majorité d'ADN dit
non codant et d'ADN transposable. Il contient aussi deux régions essentielles à la
réplication des chromosomes, et donc à la transmission à l'identique du patrimoine
héréditaire dans les cellules filles : le centromère, qui se fixe au fuseau et permet la
séparation des chromosomes fils au moment de la division, et le télomère, qui permet la
réplication des chromosomes. La connaissance des extrémités télomériques a permis la
fabrication de véritables chromosomes artificiels très utiles en génétique moderne.

Chromosomes et protéines : la chromatine

En fait, l'ADN est associé à des protéines dans les chromosomes. Le produit de cette
association est appelé chromatine. Les principales protéines de la chromatine sont les
histones. Ce sont des protéines chargées positivement (basiques), qui se fixent sur les
charges négatives de l'ADN et qui varient fort peu d'une espèce à une autre. Lorsque
l'on examine la chromatine en microscopie électronique, on s'aperçoit qu'elle est
constituée de segments d'ADN nu séparant des sortes de perles d'un chapelet,
repliements complexes appelés nucléosomes. La structure fine des nucléosomes a été
déterminée par diffraction de rayons X. L'ADN s'y trouve enroulé à la manière d'un fil
sur une bobine d'histones, comme une sorte de solénoïde. Cette structure dans l'espace
est stable, mais se déroule au moment où les gènes sont transcrits en ARN messager.

D'autres protéines contribuent efficacement à la structure du chromosome. Il s'agit en
particulier des protéines non-histones qui contribuent à la fabrication de grandes boucles
d'ADN dans les chromosomes. C'est le cas de la topo-isomérase. Un nombre croissant
de protéines qui se fixent sur des zones précises, dites régulatrices, contribue à régler le
niveau d'activité des gènes. Se trouvent également dans la matrice nucléaire les enzymes
nécessaires à la modification locale de l'ADN (comme des méthylases) ou à sa
réplication (les ADN polymérases), ou encore à la transcription des gènes (ARN
polymérases).

La forme des chromosomes, voire la possibilité de les repérer, dépend donc de l'état de
condensation de ces différents composants. Cela explique pourquoi ces structures
passent d'un état indiscernable (décondensé) à un état facilement repérable (condensé)
lors de la division cellulaire.

Réplication des chromosomes

Lors de la division cellulaire normale ou mitose, chaque brin d'ADN est copié à partir de
fourches de réplication, reconstituant ainsi deux molécules d'ADN identiques, chacune
pourvue d'un des brins de la molécule d'origine.

Cartes chromosomiques

Les premières études génétiques par recombinaison entre chromosomes homologues ont
permis de dresser des cartes de fréquence de recombinaison des différents
chromosomes, qui indiquent bien l'ordre des gènes sur le brin d'ADN, mais ne donnent
aucune idée de la distance physique entre gènes. Ces cartes génétiques ont été
récemment raffinées par l'usage de marqueurs génétiques particulièrement polymorphes -
ou séquences d'ADN satellitaires, au demeurant très utilisées dans les procédures
d'identification en médecine légale. Le passage à la carte physique des chromosomes est
en cours de réalisation pour plusieurs espèces animales et végétales. Elle est fondée
d'une part sur l'examen de cassures chromosomiques chez certains sujets, et surtout sur
une étude systématique de l'organisation moléculaire de l'ADN de chaque chromosome.
Les mini-chromosomes artificiels se sont révélés très utiles pour ces études, puisqu'ils
permettent de manipuler des fragments de chromosome longs de quelques centaines de
milliers de nucléotides. Tout cela a permis la production de la première carte physique
détaillée du génome humain en 1993. Celle de la souris est également très avancée. La
séquence complète de l'ADN (niveau ultime de la carte physique d'un chromosome) de
la levure de bière et de quelques autres microorganismes est publiée. Ces travaux, qui
font partie des projets " génome ", sont d'une grande utilité pour la localisation et l'étude
de gènes jusque-là inconnus, ainsi que pour la recherche des causes génétiques de
maladies dues à plusieurs facteurs.

Chromosomes et médecine

Beaucoup de malformations congénitales et de pathologies sont dues à un nombre
anormal d'un chromosome (par exemple 3 chromosomes 21 dans le cas du mongolisme)
ou à des translocations d'un fragment d'un chromosome sur un autre (chromosome
Philadelphie de certaines leucémies, issu de la greffe d'un fragment du chromosome 22
sur le chromosome 9). L'examen caryotypique des cellules d'un fœtus obtenues par
amniocentèse ou par prélèvement des villosités placentaires permet de repérer les
anomalies les plus patentes de la formule chromosomique de l'enfant à naître. Cet
examen est particulièrement utile pour les grossesses survenant après trente-cinq ou
quarante ans, le taux d'anomalies progressant très vite avec l'âge de la mère.