Technologies de Knockout et Séquençage ADN

Génétique

• Génétique = la discipline qui étudie les génomes. Il existe deux sous-disciplines : la génomique comparative (qui utilise des analyses bioinformatiques pour étudier l'évolution des génomes) et la génomique fonctionnelle (qui utilise des approches expérimentales pour déterminer la fonction des gènes).

Nature chimique des gènes

• Les gènes sont composés de facteurs transmissibles.
• Mendel a établi des lois fondamentales de l'hérédité, en étudiant des plantes de petits pois, qui décrivent la transmission de facteurs des parents à la descendance.
• La loi de disjonction décrit la transmission d'un seul facteur par les parents à leur descendance.
• La loi de transmission/ségrégation indépendante décrit la transmission de différents facteurs indépendamment les uns des autres.
• La nucléine, riche en phosphate et azote, mais dépourvue de soufre (contrairement aux protéines), a été identifiée comme constituant du noyau des leucocytes.
• Friedrich Miescher a étudié les constituants chimiques du noyau des leucocytes.
• La nucléine est un polymère de nucléotides.
• L'ADN et l'ARN sont des acides nucléiques.

Les acides nucléiques

• Les acides nucléiques sont des polymères de nucléotides, qui sont associés selon leur polarité 5' -> 3'.
• Il existe deux types d'acides nucléiques : l'ADN et l'ARN.
• L'ADN est un polymère de désoxyribonucléotides, tandis que l'ARN est un polymère de ribonucléotides.
• Les nucléotides sont composés d'une base azotée, d'un sucre (ribose ou désoxyribose), et d'un groupe phosphate.
• Les bases azotées dans l'ADN sont l'adénine, la guanine, la cytosine et la thymine; l'uracile remplace la thymine dans l'ARN.

Le phénomène de transformation des bactéries R -> S

• Les bactéries S ont une capsule de polysaccharides, et les bactéries R ont une mutation les empêchant de la produire.
• L'injection de bactéries S provoque la pneumonie, tandis que l'injection de bactéries R ne le fait pas.
• L'injection d'un mélange de bactéries S mortes et de bactéries R vivantes provoque la pneumonie.
• Avery et ses collaborateurs ont découvert que l'ADN et non les protéines était la substance responsable de la transformation génétique.
• L'expérience démontre que l'ADN est le matériel génétique.

Structure de l'ADN

• L'ADN est composé de deux brins enroulés en une double hélice.
• Les brins sont antiparallèles et complémentaires, avec l'appariement des bases suivant les règles d'appariement.
• Le diamètre de la double hélice est d'environ 2,37 nm.

Transmission et décodage de l'information génétique

• La réplication de l'ADN est semi-conservative.
• La réplication se produit dans le sens 5' -> 3'.
• Les enzymes, les substrats et les précurseurs impliqués dans la réplication sont détaillés.
• Les enzymes, les substrats et les précurseurs impliqués dans la transcription sont détaillés.
• L'ARN polymérase est l'enzyme de la transcription.

Traduction : organisation des ARNm et code génétique

• L'ARNm chez les procaryotes peut être monocistronique ou polycistronique.
• Les ARNm traduits chez les eucaryotes sont monocistroniques.
• Le code génétique est dégénéré, quasi universel et déterminé par les aminoacyl-ARNt synthétases.

Certains génomes ne sont pas constitués d'ADN bicaténaire

• Le génome des virus peut être composé de simple brin d'ADN ou d'ARN, mono- ou bicaténaire.
• Certaines formes à très grande taille présentent un ADN bicaténaire.
• Le virus qui utilise l'ARN comme support d'information génétique est détaillé.

Certains génomes ne sont pas constitués d'ADN bicaténaire

• Le génome des virus peut être composé de simple brin d'ADN ou d'ARN, mono- ou bicaténaire.
• Certaines formes à très grande taille présentent un ADN bicaténaire.
• Le virus qui utilise l'ARN comme support d'information génétique est détaillé.
• L'ADN monocaténaire et l'ARN des virus sont expliqués.

Notions de génomique

• La génomique est une discipline qui étudie les génomes, elle utilise des outils bioinformatiques et expérimentaux.
• La taille du génome des bactéries varie avec les environnements, différente des tailles des génomes eucaryotes.

Séquence des génomes

• La stratégie “shotgun sequencing" est utilisée pour le séquençage des petits génomes.
• La stratégie "clone par clone" est utilisée pour les grands génomes, en utilisant les plasmides BAC (Bacteriophage Artificial Chromosomes) pour organiser le séquençage en petites parties.

L'amélioration des méthodes de séquençage de l'ADN

• La méthode Sanger est basée sur la polymérisation de l'ADN à partir d'une amorce.
• Les fragments sont marqués radioactivement ou fluorescent, analysés par électrophorèse et la séquence est déduite.
• Les nouvelles technologies utilisent des fragments plus longs, et les séquençages sont réalisés en parallèle.

Les séquences de type transposon des génomes eucaryotes

• Les transposons sont des séquences d'ADN capables de se déplacer dans le génome.
• Les transposons peuvent se déplacer par transposition réplicative ou conservative.
• Plusieurs types de transposons existent : LINEs, SINEs et ERVs.

Transposition réplicative de LINE-1 : modèle

• Le processus de réplication du LINE-1 est décrit étape par étape, incluant la première étape de la coupure de la chaîne d'ADN, avec des enzymes clés impliquées.
• La deuxième étape implique l'appariement de l'ARN du LINE-1 au brin d'ADN, suivi d'une transcription inverse pour créer un nouveau brin d'ADN.
• La troisième étape décrit la séparation des brins et la complète synthèse de l'ADN.
• Les étapes de réplication sont suivies du processus d'intégration dans le génome, avec la formation de deux copies du transposon.

Réparation de l'ADN lors de coupures double-brin

• Le principe est de prolonger l'une des extrémités 3' en utilisant un brin homologue comme matrice.
• La recombinaison homologue permet le brassage génétique et la réparation de l'ADN.

Plusieurs technologies de "ciseaux" moléculaires

• CRISPR/Cas9 est une technologie de manipulation génétique qui utilise une enzyme (Cas9) et une petite séquence d'ARN (gRNA) pour cibler et couper l'ADN à un endroit spécifique.

Généralités sur la reproduction des eucaryotes

• La reproduction sexuée implique la méiose, qui conduit à la formation de gamètes haploïdes.
• L'étape suivante de la reproduction sexuée est la reproduction sexuée.
• Il existe une alternance entre cellules haploïdes et diploïdes dans le cycle de vie des organismes.
• Les organismes eucaryotes possèdent 3 génomes: un génome nucléaire, un mitochondrial et un chloroplastique.
• Le génome de la mitochondrie et du chloroplasme proviennent des endosymbiontes d'origine.

La transmission méiotique des gènes

• La loi de disjonction (ségrégation égale) de Mendel stipule que les allèles des gènes ségrégent indépendamment lors de la méiose.
• Le polyhybridisme implique la transmission de plusieurs gènes à la fois.

Monohybridisme chez un pluricellulaire

• Le principe en drosophile (ou insectes) pour déterminer le principe de la ségrégation égale avec croisement entre la drosophile aux ailes normales et celle qui a les ailes vestigiales. La méthode du "test-cross" pour un gène donné permet de comprendre le passage des allèles des parents à leurs descendants.

L'hérédité cytoplasmique

• L'anomalie phénotypique est due à une mutation dans un gène mitochondrial, qui cause le dysfonctionnement des mitochondries.

Un cas de "fausse hérédité" : les prions

• Les prions sont des protéines qui peuvent se replier de manière incorrecte.
• Ces protéines anormalement pliées peuvent s'accumuler dans le cerveau et entraîner des maladies neurodégénératives.

Identification des gènes associés aux maladies multifactorielles

• La stratégie "Common-disease-common-variant" pour étudier les maladies multifactorielles, par études GWAS (genome-wide association studies).
• Les études GWAS identifient les SNPs (single nucleotide polymorphisms) avec une fréquence élevée dans la population des individus malades.

Analyse

• Le "lod score" est une mesure statistique pour évaluer la vraisemblance d'une liaison génétique.
• Le taux de recombinaison peut varier entre les genres et le long des chromosomes.

Les marqueurs génétiques moléculaires (ou anonymes)

• Les marqueurs génétiques moléculaires sont des régions d'ADN qui présentent un polymorphisme (des différences de séquences) entre les individus.
• Les SSLPs (simple sequence length polymorphisms) comme les microsatellites et les minisatellites sont des marqueurs utiles pour la cartographie génétique. Ils sont utilisés dans les études de séquençage du génome.
• L'étape du génotypage permet de déterminer si les individus d'une famille portent un allèle donné ou pas.

Clonage des gènes Pho

• Le clonage des gènes PHO permet d'identifier les gènes qui contrôlent l'expression de PHO5 en utilisant une technique de complémentation.
• Cette technique consiste à identifier les produits des gènes qui doivent être présents pour obtenir un phénotype sauvage.
• Le clonage par complémentation permet de récupérer des fragments du génome qui contiennent le gène d'intères.

Établissement des relations d'épistaticité

• L'épistaticité est le phénomène où l'expression ou la fonction d'un gène est influencée par un autre gène.
• L'épistaticité entre des gènes peut être analysée en construisant des individus doubles mutants.
• L'épistaticité réfère aux interactions et contrôles entre des gènes.

Testez vos connaissances sur les technologies de knockout génique et les méthodes de séquençage de l'ADN. Ce quiz couvre des techniques récentes telles que la recombinaison homologue et l'utilisation de ciseaux moléculaires. Préparez-vous à associer des termes et à explorer les avantages des différentes approches!