Génétique et Épigénétique

Biologie moléculaire

• La biologie moléculaire étudie les processus biologiques au niveau moléculaire, notamment, les interactions entre ADN, ARN et protéines.

Introduction

• Un gène est une séquence d'ADN qui contient l'information nécessaire à la synthèse d'une protéine.
• L'ADN est composé d'exons (codants) et d'introns (non codant).
• Le gène débute au niveau du site d'initiation de la transcription (ATG) et se termine au site de terminaison.
• Le brin support pour la synthèse de l'ARN est le brin anti-sens (3'-5').
• L'ARN pré-messager possède une coiffe (extrémité 5') et une queue poly-A (extrémité 3').

Flux d'information génétique

• Le processus d'épissage de l'ARN pré- messager en ARNm mature se produit dans le noyau.
• Les introns sont éliminés et les exons sont joints.
• L'épissage constitutif conserve tous les exons, alors que l'épissage alternatif exclut certains exons.

Du génotype au phénotype

• Le génotype est l'ensemble de l'information génétique d'un organisme.
• Le phénotype est l'ensemble des caractéristiques observables d'un organisme.
• Le phénotype est influencé par le génotype mais aussi par l'environnement.
• Il y a trois niveaux de phénotype :
  • Moléculaire (protéines)
  • Cellulaire (structure et fonction des cellules)
  • Macroscopique (traits observables)

Structure de l'ADN

• L'ADN est une molécule en double hélice composée de nucléotides.
• Chaque nucléotide contient un sucre (désoxyribose), un groupement phosphate et une base azotée.
• Il existe quatre bases azotées: adénine (A), guanine (G), cytosine (C) et thymine (T).
• Les bases A et T ainsi que G et C s'apparient.
• L'ADN est antiparallèle, orienté dans deux sens opposés (5' vers 3').

Nucléotide : sucre + base

• L'ADN et l'ARN sont formés de nucléotides.
• Les nucléosides sont composés du sucre et d'une base.
• Les nucléotides sont composés d'un nucléotide et d'un groupement phosphate.

Polynucléotide

• Les nucléotides sont reliés entre eux par des liaisons phosphodiester.
• L'ADN est orienté dans le sens 5'-3'.

Orientation 5'--3' de l'ADN

• L'extrémité 5' du brin d'ADN porte le groupement phosphate.
• L'extrémité 3' du brin d'ADN porte un groupement hydroxyle (OH).

Orientation antiparallèle et

complémentaire de l'ADN

• Les deux brins d'ADN sont antiparallèles et complémentaires ( A avec T, G avec C).
• L'appariement des bases est assuré par des liaisons hydrogènes.

Compaction de l'ADN

• L'ADN est compacté en chromatine pour être contenu dans le noyau.
• Le premier niveau de compaction est le nucléosome, composé d'ADN enroulé autour d'un octamère de protéines histones.

Réplication de l'ADN

• La réplication de l'ADN est semi-conservative, ce qui signifie que chaque nouvelle molécule d'ADN contient un brin parental et un brin nouvellement synthétisé.
• La réplication commence aux origines de réplication, et progresse en deux directions opposées (en forme d'œil), formant des fourchettes de réplication.

Les substrats de la réplication

• La réplication demande une matrice d'ADN, des nucléotides (dNTPs) et des ADN polymérases.
• L'amorce est un court brin d'ARN qui sert de point de départ à la synthèse du brin d'ADN.

Les mécanismes

• La réplication a lieu dans le noyau uniquement pendant la phase S du cycle cellulaire.
• La séparation des brins d'ADN est assurée par l'hélicase.
• L'ADN polymérase synthétise le nouvel brin d'ADN en utilisant le brin parental comme matrice.
• Les fragments d'Okazaki sont synthétisés sur le brin discontinu.
• L'ARNase H1 dégrade les fragments d'ARN de l'amorce.
• L'ADN ligase relie les fragments d'ADN.
• La réplication est bidirectionnelle.

Origine de réplication

• Les procaryotes ont une seule origine de réplication sur leur molécule d'ADN circulaire.
• Les eucaryotes ont plusieurs origines de réplication sur leurs molécules d'ADN linéaires.

Réplication semi-conservative

• La réplication est semi-conservative car chaque nouvelle molécule d'ADN contient un brin parental et un brin d'ADN nouvellement synthétisé.

Télomères et télomérase

• Les télomères sont les extrémités des chromosomes.
• Les télomères se raccourcissent à chaque cycle de division cellulaire.
• La télomérase est une enzyme qui allonge les télomères.

Érosion des télomères

• À chaque cycle cellulaire, les extrémités des chromosomes se raccourcissent.
• Ce raccourcissement est plus important sur le brin discontinu.

L’acétylation des protéines histones

• L’acétylation modifie le niveau de compaction de la chromatine.
• Elle masque la charge positive des histones et favorise l’accès des facteurs de transcription.

Transcription

• La transcription est le processus par lequel l'information génétique de l'ADN est copiée sous forme d'ARNm.
• Ce processus se déroule dans le noyau des cellules eucaryotes.
• L'ARN polymérase II est l'enzyme clé de la transcription pour les gènes qui codent pour des protéines.
• Plusieurs facteurs de transcription participent à l'initiation de la transcription.

Mécanismes d'épissage

• L'épissage est le processus par lequel les introns sont enlevés et les exons sont joints pour former l'ARNm mature.
• Ce processus est catalysé par le splicéosome.
• Le site donneur d'épissage commence par la séquence GU; le site accepteur d'épissage se termine par la séquence AG.

Notion d'épissage alternatif

• L'épissage alternatif permet à un seul gène de produire plusieurs protéines différentes.
• Le gène est composé d'exons, et les introns sont exclus au cours de l'épissage constitutif ou alternatif.

Traduction

• La traduction est le processus par lequel l'information génétique contenue dans l'ARNm est utilisée pour synthétiser une protéine.
• Ce processus se déroule dans le cytoplasme.
• Le ribosome est l'organe clé de la traduction.
• L’ARNt est l’adaptateur entre l’ARNm et les acides aminés.
• L'initiation de la traduction demande un ARNt initiateur (ARNt-méthionine).
• L’élongation de la traduction se déroule jusqu’à la terminaison (codons stop).

Ribosomes

• Les ribosomes sont les organites qui assurent la traduction de l'ARNm en protéine.
• Les ribosomes eucaryotes sont plus grands que les ribosomes procaryotes.
• Les ribosomes possèdent 3 sites de liaison pour les ARNt (A, P et E).

Le code génétique

• Le code génétique est dégénéré car plusieurs codons peuvent spécifier le même acide aminé.
• Un codon est une séquence de trois bases azotées qui code pour un acide aminé.

Médicaments

• Plusieurs classes de médicaments ciblant la synthèse des protéines ou des acides nucléiques, qui sont utilisées en thérapeutique, sont sur le marché.
• Les antibiotiques agissent sur les étapes de la synthèse de l'ADN et/ou de l'ARN ou des protéines.
• Les anticancéreux agissent sur différents mecanismes de la synthèse du génome.

Régulation de l'expression des gènes

• Les cellules fonctionnent différemment car elles expriment différents gènes.
• Différentes mécanismes existent pour réguler l’expression des gènes:
  • Régulation de la transcription
  • Régulation post-transcriptionnelle
  • Régulation de la traduction
  • Modification post-traductionnelle des protéines

Opérons

• Un opéron est une unité fonctionnelle de groupe de gènes.
• Ils sont régulés ensemble, selon les besoins des cellules.
• Chez les procaryotes, l'opéron lactose permet la dégradation du lactose lorsque ce dernier est présent dans le milieu.
• L'opéron tryptophane permet la dégradation du tryptophane lorsque ce dernier est absent dans le milieu.

ARN non codants

• ARN ribosomique (ARNr) : constituent les ribosomes impliqués dans la synthèse des protéines
• ARN de transfert (ARNt) : permettent de transporter les acides aminés vers les ribosomes
• ARN small nuclear (ARNsn) : impliqué dans l'épissage
• ARN longs non codants (lncARN) : influent sur l'expression des gènes
• MicroARNs (miARNs) : régulent en dégradant l'ARNm ou en inhibant la traduction.

Ce quiz explore divers aspects de la génétique et de l'épigénétique, notamment la méthylation de la cytosine, l'expression des gènes, et les éléments transposables dans le génome. Vous testerez vos connaissances sur les séquences répétées et les implications en santé neuronale. Préparez-vous à plonger dans les mécanismes qui gouvernent l'expression génétique et les pathologies associées.