Génome Humain et ADN: Rappels Fondamentaux

Rappels Fondamentaux : Le Génome Humain

• Le génome est l'ensemble de l'ADN d'un organisme.
• Le génome humain est haploïde et constitué d'un double brin.
• Le génome humain contient un enchaînement de $3.2 \times 10^9$ paires de bases.
• Seul 1 à 2% des séquences nucléotidiques du génome codent des protéines.

Rappels Fondamentaux : L'ADN (Acide Désoxyribonucléique)

• L'ADN possède deux brins antiparallèles enroulés en double hélice.
• Les extrémités 3' (hydroxyle) et 5' (phosphate) de l'ADN sont chimiquement différentes.
• La lecture de l'ADN se fait par convention de 5' vers 3'.
• Un brin d’ADN est un polymère formé d'un enchaînement de nucléotides.
• Un nucléotide est composé d'un phosphate, un sucre et une base azotée.
• L'alternance désoxyribose-phosphate constitue le squelette de l'ADN.
• Les bases azotées s'appairent de manière complémentaire (A avec T et C avec G).

Rappels Fondamentaux : L'ADN (Acide Désoxyribonucléique) : Composants

• Les bases azotées sont des composés cycliques.
• Les bases azotées sont pyrimidiques (Thymine, Cytosine) ou puriques (Adénine, Guanine).
• Le pentose est un sucre cyclique à 5 carbones présent dans l'ADN.
• Le pentose de l’ADN est un désoxyribose ou 2'-désoxy-D-ribose.
• Le tri-acide est présent sous forme d'acide phosphorique.
• Le phosphate est la forme majoritaire à pH physiologique (7,4).
• Le phosphate est chargé négativement et est responsable de la charge négative de l'ADN.

Rappels Fondamentaux : Les Bases Azotées

• Les bases pyrimidiques (Thymine et Cytosine) dérivent de la pyrimidine et possèdent un seul cycle.
• Les bases puriques (Adénine et Guanine) dérivent de la purine et possèdent deux cycles.
• L’Adénine et la Thymine partagent 2 liaisons hydrogènes.
• La Cytosine et la Guanine partagent 3 liaisons hydrogènes.
• Le taux de pyrimidine et de purine est identique quelle que soit l'espèce: [T] + [C] = [A] + [G] et [A] = [T] et [C] = [G].
• Le taux GC varie selon les espèces; il est de 40% chez l'homme.

Rappels Fondamentaux : Les Gènes

• Les gènes sont des segments d'ADN de taille variable (1 kb à plusieurs centaines de kb).
• Les gènes sont responsables de la synthèse des protéines.
• Un gène peut coder plusieurs protéines.
• L'humain possède 21 000 gènes, codant potentiellement plus de 100 000 protéines
• La première étape de transformation du gène en protéine se fait dans le noyau.
• L'ADN est transcrit en ARNm.
• L'ARN pré-messager mature.
• L'ARNm mature est exporté vers le cytoplasme via les pores nucléaires.
• La seconde étape se fait dans le cytoplasme.
• C'est la traduction: synthèse des protéines à partir de l'ARNm.
• Suite a la transcription il y a des modifications post-traductionnelles.

Rappels Fondamentaux : Structure des Gènes : Régions Non Codantes

• Un gène ne se limite pas à sa partie transcrite ou traduite.
• Il existe des séquences non codantes en amont et en aval du gène.
• La séquence en amont est une région activant la transcription.
• La LCR stimule la transcription de l'ADN en fonction du contexte moléculaire.
• Les enhancers sont situés à des milliers de nucléotides d'un promoteur et stabilisent le complexe d’initiation.
• Les fonctions promotrices permettent la fixation de l'ARN polymérase.
• La fixation du facteur TFIID sur la TATA Box favorise le recrutement de l'ARN polymérase.

Rappels Fondamentaux : Structure des Gènes : Régions Codantes

• Le site d'initiation de la traduction est le triplet ATG codant pour la méthionine.
• Dans ce gène, les unités codantes sont les exons, et les unités non codantes sont les introns.
• Les séquences à l'extrémité (5'UTR et 3'UTR )sont transcrites mais pas traduites.
• L'épissage est l'élimination des introns de l'ARN pré-messager.
• Les introns sont reconnus grâce à des séquences très conservées (sites consensus d'épissage) localisées à la jonction des introns et des exons.
• Les séquences du site consensus sont formées d'une dizaine de nucléotides.
• Il existe deux types de sites d'épissage : le site donneur, en aval de l'exon (commence nucleotides GT) et le site accepteur, en amont de l'exon (nucléotides AG).
• L'épissage régule l'expression des gènes ainsi que la diversité des protéines codées.
• La terminaison de la traduction a lieu au niveau d'un codon STOP (TAA, TAG ou TGA).
• Une séquence de polyadénylation AATAAA permet la coupure du transcrit primaire 10 à 20 nucléotides avant la fin du dernier exon.

Rappels Fondamentaux : Taille des Gènes Variable

• La taille moyenne des gènes est de 53 000 paires de bases.
• Il y a une dizaine d'exons par gène.
• La taille moyenne des exons est de 300 nucléotides.
• La taille moyenne des introns est de ≈ 3000 nucléotides.

Rappels Fondamentaux : Du Gène à la Protéine : Épissage

• L'épissage constitutif implique qu'un exon est systématiquement inséré dans le transcrit mature.
• L’épissage alternatif assure la diversité du protéome.
• L’épissage alternatif donne la possibilité que l’exon soit inséré ou non dans le transcrit mature, il est un niveau essentiel de régulation qualitative de l'expression des gènes.
• Dans l'épissage alternatif, on obtient des protéines différentes selon le tissu, le stade de développement et l'environnement.
• L'épissage alternatif produit en moyenne 6 à 8 isoformes différents par gène.
• De 70 à 88% des événements d'épissage alternatif changent la nature de la protéine.
• Il existe différents profils d'épissage alternatif incluant saut/inclusion d'exon, sites 5' ou 3' d'épissage alternatifs, rétention d'intron, exons mutuellement exclusifs.
• Le spliceosome est un complexe multiprotéique responsable de l'épissage composé des protéines associées à des ribonucléoprotéines et élimine les introns par des réactions de transestérifications.

Appels Fondamentaux : Code Génétique

• Le code génétique permet la traduction de l'ARNm en protéines.
• Un triplet de 3 bases qui se suivent forme un codon.
• Un codon correspond à un acide aminé.
• A quelques exceptions près : mitochondries, levures et trypanosomes
• 4 bases possibles (ATGC) soit 4 X 4 X 4 = 64 codons différents, codant pour 20 acides aminés.
• Si vous le souhaitez, j'inclus le tableau du code génétique universel tel qu'il apparait dans le document.
• La ponctuation du code génétique est initiée par le codon Méthionine qui est le codon d'initiation de la traduction, et stoppée par le codon STOP utilisé pour terminer la traduction .
• Le STOP codon peut etre : 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 du codon.
• Exemple de la sérine codée par TCT, TCC, TCA et TCG.

Définitions autour du Terme Variation

• Un événement mutationnel est une variation de séquence de l'ADN, ponctuelle ou étendue, sans certitude quant à sa dangerosité.
• En dehors des cellules, l'ADN est extrêmement stable.
• Dans les cellules vivantes, l'ADN est en permanence exposé à des agressions extérieures et endogènes.
• Il existe de nombreux mécanismes de surveillance pour réparer et corriger la majorité des lésions de l'ADN.
• L' échappement aux mécanismes de surveillance génère des variations.

Définitions autour du Terme Variation : Mécanismes d'Apparition des Variations

• Les agents exogènes impliqués dans les lésions de l'ADN sont les radiations ionisantes, les rayons ultraviolets, et les produits chimiques environnementaux.
• Les radiations ionisantes (rayons gamma et rayons X) causent des cassures simples ou double brins de l'ADN.
• Les rayons UV-B du soleil induisent des liaisons croisées entre les pyrimidines adjacentes.
• Les produits chimiques de l'environnement incluent les hydrocarbures, les produits d'origine végétale ou microbienne, et les produits chimiques (chimiothérapie).
• Les produits chimiques de l'environnement induisent des lésions oxydatives par des ERO et l'addition de molécules exogènes qui créent des distorsions de l'ADN
• La mauvaise incorporation de base est une erreur au cours de la réplication de l'ADN.
• Les événements chimiques internes induisent des dépurinations, des dépyrimidations, des désaminations et des erreurs de méthylation et torsion ADN.
• La perte de base par hydrolyse cause des dépurinations ou dépyrimidations.
• La perte de groupement amine sur les bases A, C et G cause désaminations.
• Les erreurs de méthylation participent normalement à l'expression des gènes.
• La torsion de la double hélice peut cause des lésions endogènes.

Définitions Autour du Terme Variation : Devenir des Variations Selon Origine des Cellules Porteuses de la Mutation

• La variation somatique est présente dans une cellule somatique d'un tissu et n'est pas transmissible à la descendance.
• La variation germinale est présente dans une cellule germinale /reproductrice et est transmissible à la descendance.

Définitions Autour du Terme Variation : Variation Acquise vs Constitutionnelle

• Une variation acquise est apparue au cours de la vie d'un individu et est absente initialement dans le génome de la cellule.
• Une variation acquise peut être sans conséquence visible (le cas majoritaire où l'apoptose est enclenchée), ou avec des conséquences visibles où la cellule reçoit un avantage prolifératif (formation de cellules tumorales).
• Une variation constitutionnelle est présente à la naissance ; elle survient avant la fécondation ou pendant les premières divisions post zygotiques