3.03

Paradoxe de la valeur C

• La complexité d'un organisme n'est pas corrélée à la taille de son génome ni à la quantité d'ADN dans ses cellules haploïdes.
• Un exemple est que l'oignon a un plus grand génome que l'humain, mais moins de capacités.

Paradoxe de la valeur G

• La complexité d'un organisme n'est pas liée au nombre de gènes codant des protéines.
• Il y a une redondance des gènes, inflation de la valeur G, où 40 % des locus chez C. elegans résultent d'une duplication en tandem, ce qui fait que près de 40 % du gène est en double.
• La diversification est assurée par le contrôle transcriptionnel, des modifications post-transcriptionnelles (méthylation, acétylation, etc.), l'épissage alternatif et la protéine Swiss-Army-Knife.
• Les gènes peuvent produire des produits divers et réguler le lieu et le moment, exemple, le piano.

Évolution du génome humain

• Les introns épissés sont apparus tôt dans l'évolution.
• Les bactéries et les archées n'ont pas d'introns épissés.
• Les introns permettent la recombinaison entre gènes et exons et l'épissage alternatif.
• Les duplications d'exons, de gènes, de familles de gènes et du génome entier peuvent conduire à de nouvelles séquences génétiques.
• Les bactéries se multiplient rapidement mais les mutations peuvent être nocives, donc avoir une deuxième copie d'un gène diminue la pression sur un seul gène.
• Les avantages comprennent l'extension structurelle, la diversité, l'épissage alternatif et l'évolution des domaines.
• Les duplications d'exons peuvent survenir par crossing-over inégal, répétitions dans les introns ou par remaniement d'exons.
• Les duplications d'exons peuvent aussi être dues au «exon shuffling»

Éléments transposables et remaniement exonique

• La rétrotransposition à partir d'éléments LINE-1 avec un site poly(A) faible.
• La transcription se fait jusqu'à l'exon 3.
• La transcription inverse crée un hybride d'ADNc avec l'exon 3.
• Une transposition ultérieure cause la duplication de l'exon 3.
• La duplication de gènes permet le développement et la fixation rapide des mutations.

Superfamille des globines humaines (Exemple de duplication de gènes)

• La myoglobine facilite la diffusion de l'O2 vers les mitochondries dans les cellules musculaires.
• La neuroglobine facilite la disponibilité de l'O2 dans le cerveau.
• La fonction de la cytoglobine est inconnue.
• On trouve une forte homologie au sein d'un cluster génique, duplications en tandem, les HBA1/2 sont identiques.
• La plupart des duplications segmentaires dans l'évolution humaine sont apparues au cours des 12 derniers millions d'années.
• Les duplications peuvent se produire au sein d'un chromosome ou entre différents chromosomes et peuvent mener à la tétraploïdie.
• L'hypothèse 2R consiste en 2 cycles de duplication du génome au cours de l'évolution des vertébrés.

Transfert horizontal de gènes

• Il décrit l'origine des mitochondries par endosymbiose.
• Le génome mitochondrial est très similaire aux cellules procaryotes.
• Il existe un arbre universel de la vie basé sur la phylogénétique de l'ARNr.
• Les humains peuvent abriter plus de 100 gènes provenant d'autres organismes.

Évolution des chromosomes sexuels humains

• Le chromosome Y possède environ 50 Mb d'ADN et 50 gènes, incluant le gène de la détermination du sexe (SYR); sa plus grande partie est de l'hétérochromatine inerte.
• X possède plus de 160 Mb d'ADN et de nombreux gènes.
• Les régions PAR1 et PAR2 sont des régions pseudo-autosomales avec origine commune aux chromosomes X et Y.
• Le gène SRY (apparenté à Sox3) définit le sexe masculin.
• La sélection de gènes avantageux pour les mâles est proche de SRY.
• La sélection de l'inversion empêche la recombinaison.
• L'extension de la région non recombinante mène à la dégradation du chromosome Y.
• L'inactivation du chromosome X compense la dose.
• Le chromosome Y pourrait éventuellement disparaître par accumulation de mutations en l'absence de recombinaison.

Systématisation et répartition taxonomique des gènes

• De nombreux gènes humains sont issus de l'évolution précoce
• Vingt et un pour cent présentent des homologies avec des gènes largement répandus, fonctions biologiques de base.
• Environ 42 % des gènes codant les protéines n'ont pas de fonction connue.

Systèmes modèles d'eucaryotes

• Exemples: Arabidopsis thaliana, Mus musculus, Saccharomyces cerevisiae, Caenorhabditis elegans, Xenopus laevis, Drosophila melanogaster
• La levure (Saccharomyces cerevisiae) possède environ 6000 gènes et est unicellulaire eucaryote.
• La recombinaison homologue et transformation sont possibles et la croissance est rapide.
• Le temps de dédoublement court en fait un bon modèle pour l'étude de la division cellulaire, le sexe, l'âge, le métabolisme, le transport vésiculaire, la transcription, la traduction, l'apoptose, la génomique, etc.
• Les régions fonctionnelles ont 70 à 100 % d'identité ; 80 % des gènes de la souris ont un orthologue humain.
• Il est possible d'effectuer des mutations ciblées dans les cellules souches embryonnaires créer des souris «knock-out».

Variations de séquence dans la population humaine : SNP et STRPs

• Les polymorphismes mononucléotidiques (SNPs) se trouvent dans les régions codantes ou intergéniques.
• Il y a 3,2 x10^6 SNPs, ce qui permet de constater une différence de 0,1 % entre les personnes.
• Les polymorphismes microsatellites (STRP) sont des polymorphismes répétés en tandem courts et il y en a environ 150 000 avec 2 à 6 unités de paires de bases, jusqu'à 100 répétitions.
• Les analyses microsatellites sont utilisées lors des tests de paternité et en criminalistique.
• 16 locus STR sont analysés.
• Deux «peaks» signifient hétérozygote, un seul signifie homozygote.
• Le nombre en dessous des peaks indique le nombre de séquences dupliquées sur un locus.
• Petites insertions et polymorphismes de délétions (INDEL), environ 500 000.
• Une plus grande différence est nommée « copy number variants » (CNV), supérieur à 30 000.
• Les inversions plus grandes et les CNV touchent jusqu'à 10 % du génome.
• La variabilité génétique de notre génome, ainsi que les influences environnementales, sont responsables de la variabilité phénotypique.