Annales CAPEC Biomarqueurs et Génétique Moléculaire 2024-2025 PDF

Année 2024-2025 LIVRET N °1 Introduction à la biologie moléculaire Utilisez le forum pour poser vos questions I. INTRODUCTION Biologie moléculaire : définition Intérêt de connaitre les gène...

Année 2024-2025 LIVRET N °1 Introduction à la biologie moléculaire Utilisez le forum pour poser vos questions I. INTRODUCTION Biologie moléculaire : définition Intérêt de connaitre les gènes Pour comprendre les maladies. et le génome Pour le diagnostic, le choix du traitement et la prévention de ces Utilisation maladies. Avec la découverte de l’ADN = Acide DésoxyriboNucléique Naissance en 1953 - Support moléculaire de l’information génétique Discipline relativement récente. Etude des molécules porteuses du message héréditaire - L’ADN - Les ARN = Acides RiboNucléiques Etude du génome Étude de leur structure, leur synthèse, leur fonctionnement et leurs variations : - Les variations peuvent être pathogènes ou non. Utilisez le forum pour poser vos questions 2 II. HISTORIQUE Biologie moléculaire : discipline relativement récente Isolement de la nucléine : - Par Friedrich Miescher : scientifique suisse 1869 - À partir du noyau de leucocytes (globules blancs) présents dans le pus récolté dans les hôpitaux - Correspond à l’ADN. Démonstration que l’ADN, et non pas les protéines, est le support de l’information 1944 génétique : - Par Oswald Avery et collaborateurs. Description de la structure en double hélice de l’ADN 1953 - Par James Watson et Francis Crick. Amorçage d’une révolution méthodologique avec la découverte d’enzymes qui permettent de manipuler le génome : - En plus des ADN polymérases qui avaient déjà été identifiées et qui Années permettent la synthèse d’ADN : 1970  Les endonucléases qui coupent l’ADN  Les ligases qui recollent les morceaux d’ADN - Ouvre la voie au génie génétique. 1er gène isolé et identifié : celui de la béta-globine, composant de l’hémoglobine 1978 - Facilité par l’accessibilité de l’hémoglobine qui est présente en grande quantité. Puis 1er diagnostic prénatal : celui de la drépanocytose. Identification de nombreux gènes de maladies comme les myopathies (dont la Années myopathie de Duchenne), la mucoviscidose, les maladies neurodégénératives (telles 1980-1990 que la maladie de Huntington), les cancers. Lancement du projet génome humain Début des - Objectif : identifier la séquence complète du génome humain années 90  2001 : 1ère version incomplète  2004 : 99% de la séquence élucidée, plus de 20 000 gènes identifiés. Changement d’échelle avec le développement de nouvelles technologies d’analyse À partir du génome de plus en plus performantes : de 1995, - Les puces à ADN et surtout - Le séquençage à haut débit de 2005  Aujourd’hui : des séquenceurs permettent de séquencer plusieurs génomes complets en moins de 48h. Projet ENCODE : - Car l’étude du génome humain ne s’arrête pas à l’étude de ses variations 2003 structurales mais s’étend également à l’étude de ses fonctions - Objectif : identifier les éléments fonctionnels présents dans l’ADN  Plus de 80% du génome humain a une importance fonctionnelle. Utilisez le forum pour poser vos questions 3 III. IMPACTS DE LA BIOLOGIE MOLECULAIRE EN MEDECINE A. Dans le domaine des maladies génétiques Grâce à l’élucidation de la séquence complète du génome humain et de ses éléments fonctionnels : - Existence d’une grande base d’informations pour comprendre le rôle des gènes impliqués dans les maladies génétiques et aider dans leur diagnostic. Plusieurs types de maladies génétiques Monogéniques Causées par des altérations/mutations dans un gène particulier. à hérédité Mode de transmission conforme aux lois de Mendel : mendélienne - Autosomique dominant, autosomique récessif, lié au chromosome X. Multigéniques Causées par des variations pouvant survenir dans plusieurs gènes différents. Causes multifactorielles : - Combinaison de facteurs génétiques et environnementaux  Difficiles à étudier. Polygéniques Exemples : diabète, maladies cardiovasculaires, maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer - Les études visent à déterminer le rôle des gènes comme facteurs de risques de survenue de ces maladies. Dus à la survenue d’altérations/mutations dans des gènes essentiels au contrôle de la prolifération cellulaire : - Protooncogènes Cancers - Gènes suppresseurs de tumeurs Les études visent à mieux comprendre le rôle de ces gènes dans l’histoire naturelle des cancers. B. Dans d’autres domaines Autres domaines d’utilisation de la biologie moléculaire Identification des agents pathogènes : Diagnostic des - En virologie, bactériologie ou parasitologie maladies infectieuses - Exemple : Test PCR permettant le diagnostic du Covid-19. Détermination des empreintes génétiques Médecine légale - Tests ADN Etude de la génétique / des populations Utilisez le forum pour poser vos questions 4  C. Applications thérapeutiques Les progrès de la biologie moléculaire et le développement d’outils permettant de manipuler le génome ont conduit à un certain nombre d’applications thérapeutiques : Protéines à usage thérapeutique - Exemples : insuline, hormone de croissance, vaccins Gènes médicaments : thérapie génique - Objectif : remplacer le gène défectueux par sa version corrigée - A suscité beaucoup d’espoir, notamment dans le cadre des maladies rares : beaucoup d’échecs avec néanmoins quelques succès - Exemple de l’Adrénoleucodystrophie liée à l’X :  Maladie neurologique grave  Due à une variation sur un gène situé sur le chromosome X (gène ABCD1) o Accumulation d’acides gras à très longues chaines dans l’organisme : toxique pour les cellules nerveuses  Diminution de l’audition, de la vision et des fonctions cognitives et motrices dès la petite enfance o Conduisant rapidement à une infirmité totale  Traitement : o Isolement de cellules souches du patient à partir de la moelle Production osseuse d’agents o Insertion de la version corrigée du gène dans les cellules grâce à thérapeutiques un vecteur viral (virus préalablement inactivé) par génie o Autogreffe chez le patient de ces cellules génétique o Arrêt de progression de la maladie. - Exemple de l’Amyotrophie spinale infantile (SMA) :  Maladie génétique neuromusculaire o La plus fréquente  Provoquant une mortalité infantile o Jusqu’à 2 pour 10 000 naissances en France  Due à une variation sur un gène situé sur le chromosome 5 (gène SMN1)  Faiblesse musculaire progressive, difficulté à respirer et à avaler dès les 6 premiers mois de vie o Conduisant à la mort du patient sans traitement  Traitement : o Injection unique en IV d’un vecteur viral (virus préalablement inactivé) exprimant la version normale du gène o Administré dès les premières semaines de vie avant l’apparition des symptômes  Inclusion du diagnostic d’amyotrophie spinale dans le dépistage néonatal (HAS, en juillet 2024) Analyse du génome de la tumeur Cancer Permet de proposer au patient un traitement adapté : - Thérapie ciblée, en fonction du profil génétique de la tumeur. Utilisez le forum pour poser vos questions 5 Toutes ces applications, diagnostiques ou thérapeutiques, basées sur la caractérisation du génome à l’échelon individuel relèvent de la médecine de précision = médecine personnalisée. IV. NOTIONS DE BASES SUR LE GENOME HUMAIN ET L’INFORMATION GENETIQUE La séquence de l’ADN porte l’information génétique et constitue le génome : - « génome » : combinaison de « gène » et de « chromosome ». Constitution du génome humain Génome nucléaire Dans le noyau Dans les mitochondries. Génome mitochondrial Multiple : 2 à 10 copies par mitochondrie. A. Génome nucléaire humain 23 chromosomes : Cellule - 1 seule copie de chaque chromosome haploïde - Taille du génome nucléaire : 3,2 milliards de paires de nucléotides ou paires de bases (pb) = 3,2 Gigabases (Gb). 46 chromosomes Cellule - 2 copies de chaque chromosome diploïde - Taille du génome nucléaire : 6,4 Gb. Environ 21 000 gènes codants des protéines - Gènes qui portent l’information permettant de produire des protéines - Ne correspondent qu’à ≈ 2% de l’ensemble du génome nucléaire humain  Ce n'est pas parce que le reste du génome ne produit pas Fonctionnalité l’information pour produire des protéines qu’il n’est pas fonctionnel : o Rôle dans la synthèse des protéines, la synthèse d’ARN non codants, la régulation de l’expression des gènes o Plus de 80% du génome humain est fonctionnel. Utilisez le forum pour poser vos questions 6  B. L’information génétique Dans une cellule, l’ADN stocke l’information génétique : - Elle est transmise fidèlement aux cellules filles lors des divisions cellulaires grâce à a réplication de l’ADN se réplique - Elle circule depuis le gène (présent sur l’ADN) pour arriver à la protéine  En passant par un intermédiaire = l’ARN messager (ARNm). L’expression d’un gène est un phénomène qui permet d’obtenir une protéine fonctionnelle après plusieurs étapes : - Transcription  Conduisant à un ARNm - Traduction  Génère un polypeptide - Modifications post-traductionnelles  Pour obtenir une protéine fonctionnelle. Utilisez le forum pour poser vos questions 7  1. Preuve que l’ADN est le support de l’information génétique Expériences 2 souches de Streptocoques (en particulier Streptococcus pneumoniae, l’agent de la pneumonie) : - Une souche sauvage virulente - Une souche mutante non virulente Observation : les souches mutantes non virulentes deviennent virulentes dès lors qu’elles sont mélangées avec des bactéries 1928 : sauvages tuées par la chaleur Expérience Conclusion : le support moléculaire du caractère virulent n’est pas du détruit par la chaleur. microbiologiste anglais Frederick Griffith Protocole : - Fractionnement des extraits issus de bactéries sauvages (virulentes) tuées par la chaleur - Mise en contact de ces extraits :  Soit avec des protéases, qui dégradent les protéines Entre 1928  Soit avec des RNases et 1944 : = RiboNucléases, qui dégradent les ARN Études menées  Soit avec des DNases par l’équipe de = DésoxyriboNucléases, Oswald Avery, qui dégradent l’ADN Colin MacLeod, et McCarty - Mise en contact avec des bactéries mutées non virulentes :  Le caractère virulent est détruit uniquement avec la DNase. Conclusion : le support moléculaire de l’information est l’ADN. Utilisez le forum pour poser vos questions 8  2. La transmission de l’information utilise différents acides nucléiques Dans les années 50, l’hypothèse du flux de l’information génétique Hypothèse entre son support (l’ADN) et le produit de l’expression des gènes (les du flux de protéines) était adoptée : l’information - Référencée sous le terme de « dogme central » génétique  Terminologie proposée par Francis Crick. L’information L’ADN est maintenu dans le noyau des cellules eucaryotes génétique - Sous forme de chromatine est contenue  C’est-à-dire en association avec des protéines. dans l’ADN Production de copies de l’information contenue dans les gènes : - ARNm : copies qui migrent depuis le noyau jusqu’au cytoplasme  Jusqu’aux ribosomes : sites de synthèse des protéines - ARN non codants : ne produisent pas de protéines mais ont un Transcription rôle majeur  Dans la traduction : cas des ARN de transfert et des ARN ribosomiques  Dans la régulation de l’expression des gènes. Utilisez le forum pour poser vos questions 9  Annales 2023-2024 Pas de QCM sur ce chapitre. 2022-2023 Pas de QCM sur ce chapitre. 2021-2022 Pas de QCM sur ce chapitre. 2020-2021 Pas de QCM sur ce chapitre. Utilisez le forum pour poser vos questions 10