Figure 5 Gène ribosomique nucléolaire (arbre de noël) en cours de transcription
Les différents ARNr (voir § 1.2) résultent de la transcription de deux types de gènes redondants (c’est-à-dire présents dans le génome en un grand nombre d’exemplaires) :
L’ARN préribosomique 45 S subit une maturation qui produit 3 ARNr : 28 S, 18 S, 5,8 S. Des protéines sont associées à ces ARN, tout au long du processus de synthèse qu’il s’agisse des phases de transcription ou de maturation. Certaines de ces protéines sont les protéines ribosomiques qui sont associées aux ARNr pour former les deux sous unités du ribosome. La sous unité de grande taille comprend ainsi 3 molécules d’ARN : 28 S, 5,8 S et 5 S, et une cinquantaine de protéines. La sous unité de petite taille est constituée de l’ARNr 18 S et d’une trentaine de protéines.
De nombreuse observations et expériences montrent que le nucléole est le lieu de synthèse de la majorité des ARNr et le site d’assemblage des éléments des deux sous-unités ribosomiques. On peut maintenant établir la relation entre la fonction du nucléole et sa structure relativement complexe, que nous avons décrite précédemment (voir chapitre 6).
Il est possible, dans certaines conditions, d’étaler le matériel nucléolaire et de l’observer au microscope électronique. Le constituant fibrillaire dense du nucléole se déroule en un long ruban constitué de gènes répétés disposés « en tandem ». Ces derniers sont des gènes redondants dont les nombreuses copies sont contiguës. Ils constituent donc des unités répétitives comprenant chacune le gène en cours de transcription (un « arbre de Noël ») et un « espaceur », non transcrit, comportant plusieurs copies du promoteur (figure 5). Chaque « arbre de Noël » résulte de la trancription très intense (les molécules d’ARN polymérase se suivent de très près le long de l’ADN) d’un gène dont le produit est l’ARN préribosomique 45 S. Chaque fibrille est donc une molécule d’ARN 45 S en cours de transcription.
|
|
| Figure 5 Gène ribosomique nucléolaire (arbre de noël) en cours de transcription |
L’étude de la localisation de l’ADN nucléolaire et le suivi autoradiographique de l’incorporation d’uridine radioactive (voir les TD sur l’utilisation des précurseurs radioactifs) permettent de proposer un modèle du fonctionnement du nucléole (figure 6). Le nucléole est constitué d’unités de fonctionnement (parfois une seule) comprenant chacune :
|
| Figure 6 Interprétation fonctionnelle de la structure du nucléole |
Cette unité de fonctionnement s’organise autour d’une boucle de chromatine décondensée issue de l’hétérochromatine associée. De nombreuses copies du gène de l’ARN préribosomique 45 S se succèdent le long de cette boucle. Les différentes copies ne sont pas toutes transcrites au même moment. Les portions de cette boucle dont les gènes ne sont pas transcrits occupent le centre fibrillaire. Les gènes transcrits s’observent sous forme d’ « arbres de Noël » qui forment le constituant fibrillaire dense. Le constituant granulaire résulte de l’accumulation des produits de la maturation des ARN ribosomiques. Notamment, chaque granule de 15 nm est une grande sous unité ribosomique en cours d’élaboration. Les petites sous unités, dont l’élaboration est moins longue, passent plus rapidement dans le cytoplasme et ne s’accumulent donc pas dans le nucléole.
Note : Le nucléole se reconstitue après chaque mitose à partir de l’« organisateur nucléolaire ». Ce dernier comprend la chromatine (souvent issue de plusieurs chromosomes) refermant les copies du gène de l’ARN ribosomique 45 S. Par contre, les copies du gène de l’ARNr 5 S sont dispersées en différents points de la chromatine non nucléolaire. L’ARNr 5S transite vers le nucléole où il est intégré aux grandes sous unités ribosomiques en cours d’élaboration.