( Organites et compartiments cellulaires ) Le noyau, les mitochondries, lysosomes

12/02/2023

Noyau : décryptage et fonctions de cette partie de la cellule

Le noyau a un rôle de soutien de la cellule mais il est aussi le siège de notre programme génétique. En effet, il renferme notre ADN sous la forme d'un complexe appelé chromatine. Explications.

Qu'est-ce que le noyau cellulaire ?

Le noyau se situe au centre ou à la périphérie de la cellule selon la fonction de cette dernière. Il est présent chez les organismes cellulaires eucaryotes.

Pour rappel, le terme eucaryote désigne l'ensemble des organismes unicellulaires ou multicellulaires dont les cellules possèdent généralement un noyau et des organites délimités par des membranes. Cependant chez certains eucaryotes, il existe des cellules dépourvues de noyau. Chez l'Homme, c'est notamment le cas des globules rouges. L'eucaryote s'oppose au procaryote qui caractérise un micro-organisme dont la cellule est dépourvue de noyau et d'organite délimité.

Le noyau détient une forme variable selon le type cellulaire (par exemple, il est sphérique dans les neurones et ovoïde dans les fibroblastes). Son diamètre est de quelques micromètres (5 à 6 µm) et il représente en général moins de 10% du volume cellulaire total.

Le noyau baigne dans le cytoplasme, gel aqueux retrouvé dans la cellule. Le noyau est séparé du cytoplasme par une enveloppe nucléaire. Celle-ci se compose de deux membranes espacées qui fusionnent à certains endroits formant des ouvertures ou « pores nucléaires ». Ces derniers permettent le passage de molécules entre le noyau et le réticulum endoplasmique granuleux qui entoure ce dernier. La membrane interne se confond avec le noyau alors que la membrane externe fait partie intégrante du réticulum endoplasmique rugueux. Ce dernier organite est le lieu de synthèse des protéines sécrétées à l'extérieur de la cellule et des protéines et lipides qui constituent les membranes des autres organites cellulaires (appareil de Golgi, lysosome, noyau, ribosomes, vésicules, mitochondries, etc.).

Comment se compose le noyau cellulaire ?

Le noyau cellulaire se compose de la chromatine mais aussi du nucléole, du nucléoplasme et enfin d'une membrane nucléaire qui le sépare du reste de la cellule. Cette membrane est parsemée de ribosomes et comporte des pores qui permettent les échanges moléculaires entre la cellule et le noyau.

La chromatine est une structure au sein de laquelle l'ADN se trouve empaqueté et compacté dans le volume limité du noyau. La chromatine se compose de sous-unités discontinues appelées chromosomes. Elle est habituellement diffuse mais se condense au moment de la division cellulaire (mitose). La chromatine baigne dans un liquide aqueux appelé le nucléoplasme.

Il existe deux types de chromatine : l'euchromatine qui se trouve principalement au centre du noyau, elle est peu compacte et comporte des gènes qui s'expriment. Puis l'hétérochromatine située en grande partie en périphérie du noyau, elle est compacte et ses gènes ne sont peu voire pas exprimés.

L'enveloppe nucléaire entoure le noyau. Elle se compose de deux membranes séparées par un espace :

la membrane interne se confond avec le noyau lui-même. Elle est recouverte par un réseau de protéines appelé lamina nucléaire et elle comporte des canaux calciques qui permettent la libération d'ions calcium dans le noyau. La lamina est un maillage fibrillaire dense composé de lamines et de protéines membranaires. Elle assure la forme et la solidité du noyau ;
la membrane externe forme une continuité avec le réticulum endoplasmique granuleux (qui entoure le noyau) et peut être (comme ce dernier) parsemé de ribosomes sur sa face cytoplasmique. La membrane externe assure le maintien du cytosquelette de la cellule grâce aux protéines qui la constituent ;
les pores nucléaires permettent les échanges moléculaires entre l'intérieur du noyau et le reste de la cellule (cytoplasme). Parmi ces échanges, on compte la sortie des ARN messagers du noyau vers le cytoplasme et l'entrée de nucléotides dans le noyau et nécessaires à la synthèse des ARN.
le nucléole est un lieu de transcription très actif de l'ADN en ARN. Les ARN produits dans le nucléole sont ensuite exportés vers le cytoplasme pour être utilisés dans la machinerie qui permet de transcrire les ARN en protéines.

Quel est le rôle du noyau ?

Un rôle de soutien

Le noyau est un organite délimité qui participe à l'organisation de la cellule eucaryote.

Le noyau sert de support à l'enveloppe nucléaire. En effet, les lamines (protéines organisées en maille perpendiculaire) forment une structure qui soutient la membrane nucléaire en périphérie du noyau. La membrane nucléaire sépare la cellule du noyau, berceau de notre génome.

Le noyau, siège du programme génétique

Le noyau est le lieu de la synthèse d'ADN (réalisée au cours de la réplication pour la division cellulaire) et d'ARN (pour la transcription). Le noyau détient également le nucléole, lieu de la transcription des ARN ribosomiques.

Anomalies du noyau et maladies génétiques

Il existe un lien étroit entre des anomalies de l'enveloppe nucléaire et de nombreuses maladies génétiques. Ces pathologies compromettent l'intégralité de l'organisme :

tissus musculaires ;
tissus cardiaques ;
tissus nerveux.

L'exemple le plus connu de ces affections est celui de la progeria, une maladie grave dont le principal symptôme est un vieillissement accéléré qui réduit considérablement l'espérance de vie du patient.

Ces maladies sont rassemblées au sein d'une même famille : les laminopathies. Ces dernières constituent un ensemble très hétérogène de maladies génétiques caractérisées par des mutations du gène LMNA codant des protéines nucléaires appelées lamines. Les lamines forment une couche, la lamina, qui tapisse la face intérieure du noyau, et lui confère sa forme. Associées à d'autres protéines, les lamines constituent le nucléosquelette qui occupe tout le volume nucléaire. Les lamines n'ont pas seulement un rôle dans l'architecture nucléaire, mais elles participent aussi à la transcription, à la duplication et à la réparation de l'ADN.

Voici la liste des différentes laminopathies référencées à ce jour :

les maladies à expression neuromusculaire préférentielle (se manifestent par des rétractions précoces, une faiblesse musculaire et une atteinte cardiaque) : la dystrophie musculaire d'Emery Dreifuss de type II (AD-EMD), la dystrophie musculaire des ceintures de type 1B (LGMD1B), LMNA-related congenital muscular dystrophy (L-CMD), etc. ;
les Maladies à expression cardiaque isolée : cardiomyopathie dilatée avec troubles de conduction, non compaction du ventricule gauche (LVNC) , cardiomyopathie arythmogène du ventricule droit (CAVD) ;
les maladies neurologiques : forme de neuropathie axonale autosomique récessive de Charcot-Marie-Tooth (CMT type 2B1) ;
les maladies métaboliques : lipodystrophie familiale partielle de Dunnigan (FPLD) ;
maladies liées a des anomalies du vieillissement : syndrome de Hutchinson-Gilford ou progeria (HGPS), dysplasie acro-mandibulaire (MAD).

Diagnostic des laminopathies

Le diagnostic des laminopathies (pathologies liées à des mutations du gène LMNA codant les lamines, protéines tapissant la face interne du noyau) repose sur :

un examen clinique qui met en évidence des symptômes d'ordre musculaire et/ou cardiaque ;
des examens complémentaires qui permettent de préciser le diagnostic : prélèvements sanguins, examens musculaires (électromyogramme, imagerie, etc.), examens du fonctionnement cardiaque (électrocardiogramme, échocardiographie, etc.), imageries des autres organes ;
des analyses moléculaires qui permettent d'affirmer le diagnostic sur le plan génétique. Dans le cas des laminopathies, le diagnostic génétique consiste en l'analyse directe du gène LMNA.

Traitements des laminopathies

Les laminopathies (pathologies liées à des mutations du gène LMNA codant les lamines, protéines tapissant la face interne du noyau) sont des maladies incurables, le traitement est palliatif et pluridisciplinaire :

des soins orthopédiques réguliers notamment par la kinésithérapie ;
une prise en charge respiratoire basée sur la kinésithérapie respiratoire et la ventilation mécanique assistée ;
un suivi cardiologique régulier est indispensable : la prise de médicaments, le placement d'un pacemaker ou d'un défibrillateur voire parfois la transplantation cardiaque s'imposent pour assurer la survie du patient ;
la Carte de Soins et d'Urgence Maladies neuromusculaires favorise la coordination des soins des maladies neuromusculaires et diminue le risque d'erreur médicale pour ces maladies méconnues. Elle est très utile en cas d'urgence. Il est recommandé de l'avoir toujours sur soi ;
le conseil génétique permet d'informer et d'accompagner une personne, ou une famille, confrontée au risque de développer ou de transmettre une maladie génétique.