1-1) Généralités

Le nucléole est un compartiment nucléaire dont la première description a été faite en 1781, mais ce n'est qu'en 1836 que le terme « nucléole » a été introduit (Mosgöller W 2004). Le nucléole présent dans les noyaux de cellules eucaryotes, est le siège de la biogenèse des ribosomes (Bourgeois and Hubert 1988). Le nombre estimé de nucléoles par noyau est de 1 à 6 car ce sont des structures dynamiques capables de fusionner (Savino et al. 2001). Les nucléoles sont facilement observables en microscopie électronique à transmission de par leur structure dense aux électrons (figure II-1). Ces observations révèlent la présence de trois compartiments nucléolaires (Hernandez-Verdun and Louvet 2004; Lo et al. 2006; Derenzini et al. 2006; Sirri et al. 2008). Il s’agit :

- du centre fibrillaire (fibrillar center ou FC), de forme sphérique. Ce compartiment, dont la taille varie de 0,1 à 1 μm, contient une structure fibrillaire fine relativement claire en microscopie électronique (Recher et al. 1969). Les séquences d'ADN ribosomique (ADNr) sont localisées dans ce compartiment bien que leur transcription n'y ait pas lieu.

- du composant fibrillaire dense (dense fibrillar component ou DFC), plus contrasté en microscopie électronique. Il correspond à des fibrilles empaquetées de façon très dense et entourant le FC ; il contient des ARNr (ARN ribosomiques) néo-synthétisés associés à des protéines ribosomiques.

- du composant granulaire (granular component ou GC) constitué de granules de ribonucléoprotéines (RNP) de 15 à 20 nm. Ces granules correspondent à l’assemblage précoce des sous-unités ribosomiques (Leger-Silvestre and Gas 2004).

42 Les FC et DFC s’entremêlent et forment le nucléolonème (compartiment fibrillaire) (Sato et al. 2005), tandis que le GC entoure ce compartiment et occupe 70% du volume du nucléole. L’organisation de ces trois compartiments confère une structure réticulée au nucléole (figure II-1).

A ce jour, la fonction la mieux connue du nucléole est la biogenèse des ribosomes. Ce processus est divisé en trois étapes se déroulant dans les différents compartiments nucléolaires (figure II-2) (Hernandez-verdun 2006a; Hernandez-verdun 2006b; Boisvert et al. 2007). La transcription des gènes ribosomiques (dont je parlerai plus en détails dans le chapitre III) se déroule à la jonction entre le FC et le DFC. Les transcrits primaires (pré- ARNr) subissent ensuite une maturation précoce dans le DFC suivie de leur migration dans le GC où aura lieu la maturation tardive. La maturation des transcrits ribosomiques implique deux types de modifications à savoir la 2’-O-méthylation et la pseudo-uridylation contrôlées par de petits ARN nucléolaires (small nucleolar RNA en anglais ou snoRNA) formant en association avec de petites protéines, les snoRNP (small nucleolar ribonucleoprotein).

Figure II-1 : Organisation ultrastructurale du nucléole vue par microscopie électronique. Les trois

composantes nucléolaires sont observées dans une cellule HeLa: les centres fibrillaires (astérisques), le composant fibrillaire dense (flèche) et le composant granulaire (G). Barre d’échelle: 0,3 µm. Source: Hernandez-Verdun 2006.

43 Ce déroulement de la biogenèse des ribosomes reflète la relation étroite qui existe entre ces différentes étapes et l’ultrastructure du nucléole. Selon (Mélèse and Xue 1995), le fait de produire les ribosomes permet la formation des nucléoles. Cette hypothèse est cohérente avec les deux observations suivantes:

1) au moment de la biogenèse des ribosomes, il y a recrutement des machineries de transcription, de maturation et d’assemblage des sous-unités ribosomiques, les protéines et facteurs ainsi rassemblés constituant les éléments structuraux des différents compartiments nucléolaires.

2) l’inhibition de la transcription des gènes ribosomiques entraîne une ségrégation des compartiments nucléolaires (Dousset et al. 2000; Shav-tal et al. 2005; Thiry et al. Figure II-2: Modèle de la biogenèse des ribosomes. La transcription de l'ADN ribosomique (ADNr) par l'ARN- polymérase I se produit soit dans les centres fibrillaires (FC) ou à la limite entre le FC et la région du composant fibrillaire dense (DFC). Les ARN pré-ribosomiques sont clivés, et modifiés par de petites ribonucléoprotéines nucléolaires (snoRNP), dans le DFC. La maturation finale des ribonucléoprotéines pré-ribosomiques et l’association avec les protéines ribosomiques se produisent principalement dans la région du composant granulaire (CG). Dans le GC, les ARNs ribosomiques (ARNr) 5.8S et 28S s’associent avec l’ARN 5S pour former la sous-unité 60S, tandis que les ARNrs 18S s’assemblent seuls dans la sous-unité 40S du ribosome. Les sous- unités ribosomiques 40S et 60S sont toutes deux exportées vers le cytoplasme, où elles se lient à l'ARNm pour former des ribosomes fonctionnels. Source: Boisvert et al. 2007.

44 2009). On passe ainsi d’une structure où les trois compartiments sont imbriqués les uns dans les autres à une structure où ils sont séparés (figure II-3).

Figure II-3 : Désorganisation du nucléole des cellules HeLa observée en microscopie électronique. Les trois

principaux composants nucléolaires sont séparés suite à l’inhibition de la transcription pol I-dépendante par l'actinomycine D (actD). On distingue clairement les centres fibrillaires (astérisques), le composant fibrillaire dense (flèche) et le composant granulaire (G). Barre d’échelle: 0,5 µm. Source Hernandez-Verdun 2006.

De par sa fonction dans la biogenèse des ribosomes, le nucléole est impliqué dans la prolifération cellulaire, notamment dans le cas de cancer (Boisvert et al. 2007; Sirri et al. 2008; Drygin et al. 2014). Dans le cas particulier de la prolifération cellulaire, il existe une corrélation entre la taille des nucléoles et l’intensité de la ribogenèse. En effet, dans les cellules en prolifération présentant une activité ribogénique intense, les nucléoles ont une taille allant de 3 à 9 μm. Ces valeurs sont largement supérieures à la taille de nucléoles observée dans des cellules non prolifératives comme par exemple dans les lymphocytes matures dans lesquels les nucléoles ont une taille est de 0,5 μm. De plus, en fonction du type cellulaire, les nucléoles ont également des FC dont le nombre et la taille vont varier : dans les cellules à forte activité de production ribosomique, les FC sont nombreux et petits alors qu’en cas d’activité faible, on retrouve un FC très large (Pébusque and Seïte 1981; Hozák et al. 1989).

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