Gènes, transcription et mucoviscidose

Le Génome Humain

• Le génome est l'ensemble de l'ADN d'un organisme.
• Le génome humain est haploïde et à double brin.
• Il est constitué d'un enchaînement de 3,2 x 10⁹ paires de bases.
• Seulement 1 à 2% des séquences nucléotidiques du génome humain codent pour des protéines.

L'ADN : Acide Désoxyribonucléique

• L'ADN est enroulé en forme de double hélice.
• Il possède des extrémités 3' et 5' chimiquement différentes :
  • 5' Phosphate
  • 3' hydroxyle (OH)
• Par convention, le sens de lecture est de 5' vers 3'.
• Un nucléotide est formé de trois éléments :
  • 1 phosphate
  • 1 sucre
  • 1 base azotée
• L'alternance désoxyribose-phosphate constitue le squelette de l'ADN.
• Les bases azotées s'apparient comme suit :
  • A avec T
  • C avec G

Composants de l'ADN

• L'ADN est composé de bases, de sucres et d'un tri-acide
• Les bases sont des composés cycliques azotés.
• Il existe deux types de bases :
  • pyrimidiques : Thymine et Cytosine
  • puriques : Adénine et Guanine
• Le sucre est un pentose, plus précisément un cycle à 5 carbones.
  • Il s'agit du désoxyribose ou 2'-désoxy-D-ribose.
• Le tri-acide est sous la forme d'acide phosphorique et de phosphate.
  • La forme majoritaire est à pH physiologique 7,4.
  • Le phosphate a une charge négative, responsable de la charge négative de l'ADN.

Bases Azotées

• Bases pyrimidiques: dérivent de la pyrimidine et possèdent un seul cycle.
• Bases puriques: dérivent de la purine et possèdent deux cycles.
• L'association des bases puriques et pyrimidiques se fait par:
  • Deux liaisons hydrogènes entre la thymine et l'adénine.
  • Trois liaisons hydrogènes entre la cytosine et la guanine.
• Les taux de pyrimidine et de purine sont identiques quelle que soit l'espèce étudiée:
  • [T] + [C] = [A] + [G]
  • [A] = [T] et [C] = [G].
• Le taux de GC est variable selon les espèces, étant de 40% chez l'homme.

Les Gènes

• Un gène est un segment d'ADN de taille variable, allant de 1 kb à quelques centaines de kb.
• Les gènes sont responsables de la synthèse protéique.
• Un gène peut coder plusieurs protéines (21 000 gènes codent plus de 100 000 protéines)
• La transcription de l'ADN en ARNm se déroule en plusieurs étapes :
  • Transcription de l'ADN en ARNm.
  • Maturation de l'ARN pré-messager.
  • Exportation de l'ARNm mature via les pores nucléaires vers le cytoplasme.
• La traduction se déroule dans le cytoplasme :
  • Traduction : synthèse des protéines à partir de l'ARNm.
  • Modifications post-traductionnelles.

Structure des Gènes

• Les gènes ont des régions non codantes en amont et en aval.
• Un gène ne se limite ni à sa partie transcrite, ni à sa partie traduite.
• La séquence amont est une région qui active la transcription :
  • Séquence LCR (Locus Control Region) : stimule la transcription de l'ADN en fonction du contexte moléculaire.
  • Séquence amplificatrice enhancers (enhr) : située à plusieurs milliers de nucléotides d'un promoteur, elle stabilise le complexe d'initiation par un jeu d'interactions protéiques favorisant la transcription.
• Le promoteur ou la séquence promotrice permet la fixation de l'ARN polymérase.
• Fixation de facteurs protéiques de transcription: le facteur TFIID se fixe sur la TATA Box, et favorise le recrutement de l'ARN polymérase.

Régions Codantes

• Le triplet ATG code pour la méthionine.

• Les séquences aux extrémités 5'UTR et 3'UTR sont des régions transcrites mais non traduites.

• Les introns sont reconnus grâce à des séquences très conservées, situées à la jonction des introns et des exons.

• Ces séquences, formées d'une dizaine de nucléotides, sont appelées sites consensus d'épissage.

• L'épissage est l'élimination des introns de l'ARN pré-messager.

• Deux types de sites d'épissage existent:

  • Site donneur: en aval de l'exon, qui commence par les nucléotides GT.
  • Site accepteur: en amont de l'exon, qui commence par les nucléotides AG.

• L'épissage régule l'expression des gènes et la diversité des protéines codées.

• La terminaison de la traduction se fait au niveau d'un codon STOP : TAA, TAG ou TGA.

• Une séquence de polyadénylation AATAAA, située 10 à 20 nucléotides avant la fin du dernier exon, permet la coupure du transcrit primaire.

• La taille des gènes est variable (53 000 paires de base).

• Un gène comporte en moyenne une dizaine d'exons par chaîne.

• La taille moyenne des exons est de 300 nucléotides.

• La taille moyenne des introns est de quelques milliers de nucléotides (≈ 3000).

• L'épissage constitutif est un exon systématiquement inséré dans le transcrit mature.

• L'épissage alternatif assure la diversité du protéome, puisque l'exon peut être inséré ou non.

• L'épissage alternatif est essentiel à la régulation qualitative de l'expression des gènes, car il permet d'obtenir des protéines différentes selon le tissu, le stade de développement, l'environnement (en moyenne 6 à 8 isoformes différentes par gène).

• 70 à 88% des événements d'épissage alternatif changent la nature de la protéine.

• Différents profils d'épissage alternatifs existent : saut/inclusion d'exon, sites 5' ou 3' d'épissage alternatifs, rétention d'intron, exons mutuellement exclusifs.

• Le spliceosome est le complexe multiprotéique responsable de l'épissage, constitué de protéines associées à des ribonucléoprotéines.

• Il élimine les introns par des réactions de transestérifications.

• Un triplet (3 bases qui se suivent) équivaut à un codon.

• Un codon correspond à 1 acide aminé.

• Le code génétique universel a quelques exceptions près (mitochondries, levure, trypanosome).

• Il y a 4 bases possibles (ATGC), ce qui donne 64 codons différents codant pour 20 acides aminés.

• La méthionine est un codon d'initiation de la traduction = AUG.

• Le stop est un codon de terminaison de la traduction : UAA, UGA ou UAG.

• Le code génétique est dégénéré, car plusieurs codons peuvent coder pour le même acide aminé.

• La dégénérescence est le plus souvent observée sur la 3ème base.

• La sérine peut être codée par TCT, TCC, TCA et TCG.

• Un événement mutationnel est une variation de séquence de l'ADN, ponctuelle ou étendue, sans préjuger de sa pathogénicité.

• En dehors des cellules, l'ADN est extrêmement stable.

• Dans les cellules vivantes, l'ADN est exposé à :

  • des agressions extérieures
  • des agressions endogènes

• Il existe de nombreux mécanismes de surveillance pour réparer et corriger la plupart des lésions de l'ADN.

• Il existe néanmoins un échappement générateur de variations.

• Les lésions provoquées par des agents exogènes sont dues à :

  • Radiations ionisantes: rayons gamma et rayons X causant des cassures simples ou double brins de l'ADN.
  • Rayons ultraviolets : rayons UV-B du soleil entraînant des liaisons croisées entre les pyrimidines adjacentes.
  • Produits chimiques de l'environnement: hydrocarbures, produits d'origine végétale ou microbienne et produits chimiques (chimiothérapie).

• Les lésions endogènes sans agents exogènes résultent en :

  • Erreurs au cours de la réplication : mauvaise incorporation de base.
  • Evènements chimiques internes : dépurinations ou dépyrimidations, désaminations, erreurs de méthylation, torsion de la double hélice. Les devenir des mutations est dépendant de l'origine des cellules.

• Une variation somatique se produit dans une cellule somatique et n'est pas transmissible à la descendance.

• La variation germinale se produit dans une cellule germinale ou reproductrice et est transmissible à la descendance.

• Une variation acquise est une variation apparue au cours de la vie de l'individu, absente initialement dans son génome.

• Il existe deux types de variations:

  • Sans conséquence apparente: l'évènement majoritaire, conduit habituellement à l'apoptose de la cellule, et ne porte pas de phenotype associé
  • Avec conséquence apparente: La variation confère à la cellule un avantage prolifératif ou une immortalité, avec la formation de cellules tumorales.

• Une variation constitutionnelle: apparait avant la fécondation ou pendant les premières divisions post-zygotique

• Cette variation va résulter d'une mutation de novo ou néomutation (présente chez l'enfant mais absente chez ses parents) ou héritée d'un parent.

• Présente dans toutes les cellules de l'organisme (qu'elles soient somatiques et germinales), ces variations sont donc transmissibles à la descendance.

• Variation en mosaique: l'anomalie apparait tardivement (au niveau des divisions post-zygotique)

• Plus l'anomalie est précoce, plus la proportion de cellules anormales sera grande Conséquence du mosaique

• Le mosaicisme somatique: touche seulement les cellules somatiques, il est non-transmissible à la descendance

• Le mosaicisme germinal: touche seulement les cellules germinales, est transmissible à la descendance

Les Polymorphismes

• Les variations rares et neutres constituent l'origine du polymorphisme.
• Il représente le moteur de l'évolution et de la diversité de l'individu au sein d'une même espèce
• Les variations pathogènes correspondent à "mutation" et sont à l'origine de maladies génétiques et des prédispositions

Particularité du Polymorphisme

• C'est une variation de séquence génomique qui entraine l'existence d'au moins 2 allèles différents pour une séquence

• Définition dite épidémiologique reposant sur sa fréquences dans la population arbitrairement supérieur ou égal à 1%

• Dans la majorité des cas, ce sont des variations non pathogènes dont en découle la diversité et l'évolution

• Peuvent être des facteurs de risque pour la maladies communes

• Exceptionnellement, ils peuvent être pathogène malgré leur fréquence qui est supérieure ou égale à 1%

• De 2 à 3% de porteurs Hétérozygotes pour la variation AF508 du gène CFTR responsable de mucoviscidose

Classe d'anomalies à l'échelle du gène

• 3 grandes classes d'anomalies

• Les variations ponctuelles (subsistutions nucléodiques, Insertions et délétions avec duplications < 10 nucléotides) et sont les + fréquentes dans les maladies rares

• Délétion et Duplications intragéniques (mono ou multy éxoniques)

• Variations par expansions de répétitions ou des mutations dynamiques.

• Variations ponctuelles: Substitutions nucléotidiques*

• Remplacement d'un nucléotide par un autre nucléotides single nucléotide variant

• Def des variations*

• Transitions: remplacement d'une pyramidine en pyramidine ou d'une purine en purine

• Transversions: remplacement d'une purine en pyramidine, l'inversement

• Les transitions sont 2 fois plus fréquentes car chimiquement + aisé

• Variations polymorphiques d'un seul nucléotide

Le SNP

• 15 millions de sites potentiels sur le génome humain
• 3 à 5 millions par personnes dont 30 nouveaux
• Ce sont les Plus fréquentes du génome uniformément réparties tous les 1 à 2kb
• Ex ou intra-génique dans la quasi-totalité des gènes

Type de substitutions nucléotidiques

• Exonnique: Faux sens, Non sens, Silencieuse (synonyme
• Intronique: Modifiant un site d'épissage

Variations Ponctuelles exons

Changement Acide Aminé

• Allèle Sauvage(le normal, le standard qui doit se trouver dans les gènes)

• Allèle Mité

• Le non sens induits un changement de cadre de lecture qui la plus part du temps interromps la lecture par le gène

• La substitution d'1 nucléotides qui n'induit pas de changement d'aminé et reste silencieuse

• Allèle Muté : Ne change pas la séquence protéique Gln>Gln

Variations Ponctuelles introns

• Substitution intronique d'un nucléotides abolissant ou modifiant un site d'épissage
• Substitution intronique d'1 guanine en Cytosine en position -1 au niveau du site accepter d'épissafe et induit les saut des exons

Variations ponctuelles

• Insertion ou perte d'Acide aminées dans la protéine si multiple de 3 -> Pas de chaine de lecture"
• Frameshift insertion si insertion ou perte d'Acides Aminées induisants l'apparition d'un codon stop prematuré
• Délétions et Duplications intragéniques
• Suppressions d'1 ou plusieurs exons
• Duplication d'1 ou plusieurs exons, juxtaposés à l'exons ou inséré ailleurs dans le génome
• Variations par Expansion des répétitions
• Séquence de 16 ou 25 nt, répétées de 50 à 500 fois Polymorphe Multi Alléliques "

Micosatellites

• Séquence de 2 à 6 nucléotides répétition de 5 à 50 fois
• Définit pas des expansions anomalies , des séquences ADN polymorphe répétées
• Des Microsatelite présentons des NST répétitions instables ou d’augmentent au fils dés générations
• Sont Responsable des tropique Neurologiques / neuro dégénérescence
• Mecanismes mutationnel découverts en 1944: Découverture du gène de l'X Fragile
• Sur expressions des formes sauvages
• Production en grande quantité

Gène le plus souvent affectes

• Code la tyrosine protiphosphate SHP-2 qui intervient pendant une vois de singularisation des gènes et donc du métabolisme etc

Autosomique dominants

Impact au niv de l'ARNm

• Quantitatif: manque ou surplus d'ARNm
• Qualitatif: production ARNm différent

-Impact aux niveau de la Protéine

• Quantitatifs: Manque ou excitant
• Qualitatif, production d'une protéine différentes.
• Influence l'Exon

Def effets des variations

• Trans" mutation d'un gènes impactes une autres Proteines(séquestres les protéines): Exemple la maladie Stanner

Inverser vers Fonction (Diminution ou absence d'une fonction)

• *Allèle Amorphe: Perte/Absent total d'expression
• *Allèle hypomorphe: Pertes partielles d'express" / Production moindre de molécules
• Miroviscidose (Maladie Autonomique)
• Mutation Bi alléliques: Identique chez chaque gène
• Identique à chaque paire

• de 2000 mutations possible: Le plus fréquentes et héréditaires

Gène le plus souvent atteint Pour CFTR

• Localisés sur l'ensemble longs du Chr7; 27 exons pour + ou - 250 kb Code en 14e canaux ioniques Chlore: : CFTR les Gèle d'1 ou plusieurs exons

les Variantes des gênes

• 1/4 500 en FRANCE
• prévalence en fonction 1/35 chez les sains

Les genes les plus frequentes sont : les Autonomiques et elle diminue pour une plus haute protéine

• les Mutations et la synthèses sont atteint
• la Protéines les plus atteint est dégrade par le prothétasome

Autosomique récessive

Autération de la protéine CFTR

Altérée de canaux d°Ion , Cholres et sodium/sel/toxines

• Déséquilibre et déshydratations et Epaisaissement, ce qui à terme va donner la maladie

Poulon: obstruire les banches /insuffisances respiratoires Peau transpirant pas et transmet plus dse Sels: c'est un marqueurs Foies/interruption/voies interr et digestions ne sont pas fait

• Pancréas : obstruction -> digèrent plus
• Inteins bloque les bouchon

Les variations géniques

• Absence de la Protéines Allèle Amorpro:
• Alteractions au niveaux de la synthèse l'expression / la Synthèses
• Hypomorphe
• Altérations"de la régulations du canaux ou des conductions"

Autosomique Dominante

Def Effects des Variations

• Altère de nombreux protéinnes et de déploie différemment au niveaux des hémo-métrés
• Antimorphez" Protéines Mutées ou il y a un défaut de fonction"
• Pas de dimère / dimère toxicité des Fonctions dans les gênes
• Causes et Maladie autoprogrammage avec les autres gènes", causes" / Hétérozygotes/de genes et de mutations par les genes

Les effets de la fragilités et une osseusses

• Cas des Fracturations:
• Sévérité avec Pathologies très sévère que des effects de Fonctions ou "efforts " à faire sur les chromosomes
• Causé 1: 1000 à /à 2 en Francs sur chromosomes
• Le collagène de chaine d´ enroulements et triplés est causes par les chaine la proteiness

Consequences -ARNm quantitatifs vs qualitatif

• le code et ces différences la production sur tout ça ce qui est les protéines
• Effecs du Gènes etc
• La transcription de ces causes ou non, ce qui se passe Effet du Trans vers d'autres Protéines

Causes des transmissions entre ces effets

• Haplo 1 gènes

1 copier 2 sur pas assez.

Ce questionnaire aborde la fonction des gènes, la transcription de l'ADN, et le rôle des séquences régulatrices. Il traite aussi de l'épissage et des conséquences des mutations génétiques, notamment dans la mucoviscidose. Évaluez votre compréhension des mécanismes de l'expression génétique et de ses implications.