Synthèse Génétique Chapitre 6 (2022-2023) PDF

Chapitre 6 : Origine et nature des mutations Mutation : la plupart du temps, on les associe à des pathologies, mais c’est aussi le moteur de l’évolution. Elles ont donc aussi un impact positif. Définition d’une mutation : Les mutations sont des modifications irréversibles de la séquence d’ADN cod...

Chapitre 6 : Origine et nature des mutations Mutation : la plupart du temps, on les associe à des pathologies, mais c’est aussi le moteur de l’évolution. Elles ont donc aussi un impact positif. Définition d’une mutation : Les mutations sont des modifications irréversibles de la séquence d’ADN codante ou non codante (intra ou inter-génique), du nombre ou de la structure des CH. Les mutations peuvent être soit spontanées (sans avoir l’influence d’un agent ext), soit induites (par un agent extérieur). Origines des mutations spontanées et des mutations induites : Les mutations spontanées : Les mutations spontanées peuvent avoir différentes origines : - lié au phénomène de tautomérisation. Les 4 bases de l’ADN sont en équilibre avec des formes minoritaires. La cytosine existe sous une forme amino majoritaire (idem adénine) dans l’ADN. Cette forme est en équilibre avec une forme minoritaire : la forme imino (déplacement d’un proton sur un autre azote). Ces modifications peuvent toucher C et A. Modification de la G et la T, qui ont un grpt céto, qui peut être converti suite au déplacement d’un proton sur l’oxygène pour créer un grpt énol. Cette forme énol est minoritaire. Dans la majorité des bases de l’ADN on retrouvera les fromes amino et céto, mais parfois il y a un déplacement de proton. Cette autre forme va généralement être ponctuelle puis retour vers la forme majoritaire. Cette conversion dans une forme minoritaire va entrainer des erreurs pdt la phase S et la polymérisation de l’ADN. Les formes minoritaires ne vont pas s’appareiller avec la base théoriquement complémentaire. Ces modifications de l’appariement (ex : T-G et C-A) sont appelées mésappariement. Le transfert de proton a modifié́ les propriétés de certains atomes de la base à être donneur ou receveur de ponts H. Le mésappariement ne peut pas être qualifié de mutation. Elles peuvent le devenir mais ne le sont pas systématiquement.  - L’oxydation des bases par les ROS : espèces dérivées de l’oxygène, qui a été réduit de manière incomplète (anion superoxyde). Ce radical peut spontanément se transformer en H2O2, catalysé par la superoxyde dismutase. L’H2O2 formé (stable) peut être converti en présence de fer et de cuivre en OH point (radical hydroxyle). Ces espèces activées d’oxygène ont un potentiel oxydant. L’H2O2 va oxyder la mélanine des cheveux par exemple. Ces espèces peuvent être produites naturellement dans la cellule par les mitoC et la chaine respiratoire (fuites d’électrons). On a des systèmes de défense anti oxydants, qui vont contrôler le niveau de ROS dans nos cellules pour qu’il n’y ait pas d’oxydation des substrats cellulaires inadéquate. Les ROS peuvent aussi avoir une origine exogène. La NADPH oxydase produite dans les phagocytes (impliqués dans les défenses contre les pathogènes). Ils vont produire en grande quantité des ROS qui va oxyder les pathogènes et les éliminer. Il y a un risque pour le phagocyte d’endommager ses propres substrats cellulaires, notamment l’ADN (principalement la guanine, très sensible à l’OH point). On pourra former la 8-oxoguanine qui va modifier les capacités de donneuse/receveuse de ponts H de la guanine, qui va alors s’associer à une adénine. C’est alors un mésappariement. - La dépurination/dépyrimidination : dans nos cellules, spontanément, des liens glycosidiques (lien sucre base azotée) vont être hydrolysé. Par cellule, il y a en moyenne entre 9000 et 10000 dépurination par jour. La dépyrimidination peut avoir lieu mais dans une moindre mesure. En cas de perte d’une purine, on a un nucléotide sans base. L’ADNp qui lit la matrice ne saura pas quoi mettre en place, elle va donc mettre un nucléotide au hasard. On va alors créer à nouveau un mésappariement. - La déamination : cytosine et adénine sont des bases aminées qui peuvent perdre leur grpt amino. Il va y avoir conversion du grpt amino en grpt céto. C’est ce qu’on voit dans le cadre d’édition post transcriptionnelle (touche l’ARN). La déamination peut se faire par une désaminase ou par un phénomène plus spontané. La cytosine sera transformée en uracile (s’apparie à une adénine) et l’adénine en hypoxanthine (=inosine une fois liée à un nucléotide) (s’apparie avec une cytosine). Ça cause des erreurs lors du passage de l’ADNp. Une mutation, c’est quand la modification est imprimée dans la séquence d’ADN sur les 2 brins. En cas de mésappariement, il n’y a pas nécessairement un chgt de nucléotide sur les 2 brins. Un mésappariement peut devenir une mutation lors de la 2ème réplication. Exemple de la tautomérisation : l’adénine change de forme tautomérique. Les 2 brins sont séparés pdt la réplication, l’ADNp va mettre une cytosine à la place de la thymine. L’autre brin n’a pas de pb. On doit attendre la 2ème réplication de la molécule d’ADN (2ème cycle de réplication), entre temps, la forme tautomérique peut être repassée sous sa forme amino, qui sera donc reconnue normalement et il n’y a pas de mutation. Mais le brin ayant une cytosine va être associée à une guanine. On va ainsi changer la portion d’ADN et on peut parler de mutation car la modification est imprimée sur es 2 brins, il n’y a pas de retour en arrière possible. Le dérapage réplicatif est dû à la vitesse de l’ADNp. Surtout dans les régions qui contiennent des répétitions, notamment des microsatellites. Le brin en cours de synthèse peut se désolidariser momentanément de l’ADNp, le GT en 3ème position, plutôt que se réappareiller avec le bon CA va s’attacher au précédent et former une boucle dans le brin néo- synthétiser. Quand l’ADNp va reprendre son travail, elle va recopier à nouveau le CA en 3ème position. In fine, elle aura dans le brin néosynthétisé un GT supplémentaire. Quand ce brin sera répliqué au cycle cellulaire suivant, on va avoir 6 CA et plus 5. In fine, on aura donc l’insertion d’un microsatellite dans le génome. La boucle pourrait se former dans le brin matrice et non dans le brin néosynthétisé, l’ADNp risque donc de zapper un CA, on se retrouve avec un GT en moins. Quand ce brin sera répliqué, on aura 4 CA → délétion, perte d’un microsatellite. Ces ajouts ou pertes sont des mutations puisqu’on modifie le génome. Quand on détermine le lien de parenté entre 2 individus, on compare les génomes et on analyse les régions microsatellites, car les variations sont transmises des parents vers les enfants. Pour 1 gène donné, le nb de copies sur l’allèle maternel ne sera pas nécessairement le même que sur l’allèle paternel. C’est donc propre à l’individu. Ces mutations peuvent être silencieuses (pas d’effet phénotypique) mais si elles sont dans des régions critiques, elles peuvent avoir des régions différentes. Si des erreurs ont lieu au stade zygote, il peut y avoir une différence entre les enfants et les parents, c’est pourquoi on analyse plusieurs microsatellites. Si la mutation a lieu après la naissance, elle ne concernera que qq cellules. Rétrotransposons = éléments génétiques mobiles. Le rétrotransposon présent dans l’ADN est transcrit par l’ARNp II sous forme d’ARN qui va ensuite être traduit par la reverse transcriptase (enzyme qui fait partie intégrante du rétrotransposon : partie codante). La prot reviendra dans le noyau. Seuls les rétrotransposons LINES contiennent de l’information codante.  - LINES : long contiennent de l’info codante. Ils codent pour la reverse transcriptase et l’intégrase (qui va permettre d’intégrer l’ADN double brin dans le génome de manière aléatoire) - SINES : petits (short) ne contient pas d’info codante Les Sines vont utiliser les enzymes fabriquées par les Lines pour être converti en ADN complémentaire (grave à la reverse transcriptase) et se réintégrer dans le génome (grâce à l’intégrase). Les rétrotransposons : copier-coller mais le génome reste assez stable dans le temps car il y a des pertes de matériel génétique dans le temps. Les rétrotransposons peuvent être problématiques selon l’endroit où ils s’insèrent. Certaines formes de schizophrénie peuvent être associées à des événements de rétro transposition. Au niveau du cerveau de ces patients, on a une fréquence de rétro transposition importante. Ces rétrotransposons atterrissent dans des zones du génome indispensables au fonctionnement des neurones. Ces rétro- transpositions sont des mutations puisqu’elles modifient la séquence du génome Le taux de mutation spontané est plus rare chez les bactéries que chez les eucaryotes. Mais dans un organisme, le taux de mutation peut varier selon la région du génome. Ça s’explique car le taux de compaction du génome n’est pas le même partout (des zones sont tjrs en hétérochromatine, alors que d’autres se décondensent et sont plus susceptibles aux mutations car plus accessibles quand elles sont décondensées). Les mutations induites : Nous vivons dans un environnement changeant. Notre organisme est donc constamment soumis à de chgt de l’environnement. Même au sein de l’organisme, les cellules intestinales ne sont pas dans le même environnement que les cellules pulmonaires. Donc au sein d’un organisme pluricellulaire, on peut imaginer des variations locales. Ces chgt peuvent causer des mutations dites induites. HAP. ex : benzopyrène qui est une molécule produite par la combustion diesel par exemple ou une combustion incomplète de certaines molécules (cigarette, BBQ, déchets verts). Ces HAP ont la propriété de pouvoir s’intercaler dans la double hélice d’ADN, et modifier sa conformation donc perturber le passage de l’ADNp et causer des erreurs → source de mutation. Les mycotoxines, produites par certains champignons (aflatoxines : ex : fruits secs qui moisissent) sont potentiellement mutagènes. Des solvants (benzène, trichloro-éthylène) sont des intercalant de la double hélice et peuvent causer des erreurs lors de la réplication de l’ADN. Les agents alkylants, utilisés bcp en labo peuvent alkyler certaines bases de l’ADN, notamment la guanine en position 6 (ajout d’un grpt alkyl). Quand elle est éthylée, elle est reconnue par l’ADNp comme une adénine et non comme une guanine. L’ADNp va donc associer une thymine et créer un mésappariement qui pourra mener à une mutation. On utilise ces agents (notamment EMS) en labo pour former des mutations pour voir quels processus sont impactés. Des agents physiques peuvent aussi former des mutations. On peut notamment être exposés à des rayons X lors de radios. Ces rayonnements ionisants vont ioniser de l’oxygène et créer des radicaux, qui vont former en stress oxydatif. Ils peuvent aussi briser de l’ADN (cassures simple brin ou double brin) notamment en touchant la liaison phosphodiester. Ce sont des faibles longueurs d’ondes qui sont très énergétiques les cassures d’ADN peuvent provoquer des délétions ou translocations, dramatiques pour la cellule. Les UV A sont les moins énergétiques (320-400nm) que les UV B et C. Les bases de l’ADN ont tendance à absorber les UV B et les UV C (260nm). Quand l’ADN va absorber des UV, si on a 2T voisines sur un brin, une liaison va se former entre les 2 carbones et former un dimère de thymines, associées de manière covalente. Cette formation d’un dimère de thymine va former des torsions de la double hélice et des pb au niv de l’ADNp, qui va sauter le dimère et laisser une brèche dans le brin néosynthétisé. Les UV peuvent aussi avoir une action indirecte (UV A et B) qui peuvent causer la formation de ROS dans la cellule. On n’est pas exposés aux UV C car ils sont arrêtés au niveau de l’atmosphère par l’ozone. Les UV B et les UV A passent et arrivent sur la surface de la Terre. Les UV A vont nous faire bronzer tandis que les UV B vont faire le coup de soleil. Ces UV A et B vont générer un stress oxydatif au niveau des kératinocytes, voire plus profondément, ce qui va induire l’oxydation de substrats cellulaires, notamment la guanine de l’ADN → mutations (cancers : mélanome) Bronzage = réaction du corps à un agent toxique : protection de l’impact négatif des UV A et B. Les UV A vont stimuler la production de mélanine par les mélanocytes, en réponse à la production de MSH des kératinocytes. La mélanine va être produite et incorporée au niveau des kératinocytes pour protéger le contenu de leurs noyaux. Cette mélanine protège donc l’ADN des dégâts occasionnés par l’action directe des UV et l’action indirecte liée au ROS. Plus un rayonnement est énergétique, moins il pénètre les tissus puisqu’il réagit avec les premières molécules qu’il rencontre. Les UV auront une action au niveau de l’épiderme. Le stress oxydatif qui peut être généré spontanément par une cellule peut être amplifié ou généré par des agents extérieurs, comme les UV. Quand on va trop au soleil, on a un vieillissement prématuré de la peau car les UV A causent un stress oxydatif important, qui endommage l’ADN mais aussi les lipides, protéines, etc... Le vieillissement cellulaire est accéléré par le stress oxydatif généré par le UV A. Il y a des virus dont le cycle infectieux nécessite l’intégration dans le génome de l’hôte, de même pour les bactériophages. Le séquençage des génomes, a permis de révéler des traces de virus dans notre génome : des rétrovirus (HIV) mais aussi des virus non intégratifs. Ce tableau reprend des virus que l’on a retrouvé dans des organismes. On voit des virus appartenant à la famille des herpesviridae qui ne sont normalement pas intégratifs. Il y a eu des événements d’intégration de virus dans notre génome au cours de l’évolution. Elles peuvent avoir aucun effet ou avoir un effet sur l’organisme qui a accueilli l’ADN viral. Ex : les syncytines sont produites pdt le dvpt embryonnaire et sont à l’origine de placenta (généré par l’embryon). La syncytine est une prot d’origine virale. C’est lié à l’infection par des rétrovirus il y a pls millions d’années de certains primates, qui auraient intégré d’ADN viral, certains des gènes viraux codent pour des prot de fusion (ex : gène ANF provoque la formation de syncitia). On pense que ce gène viral aurait évolué au sein de l’hôte et généré ainsi un nouveau gène, codant pour la syncytine. Cet événement aurait causé l’apparition des organismes placentaires. D’autres exemples montrent que les virus ont intégré leur génome chez nous et que l’hôte l’aurait exploité pour fabriquer de nouvelles protéines. A l’inverse, on a retrouvé des virus (famille des herpesviridae) qui ont pris un gène de leur hôte surement de manière accidentelle et qui l’ont exploité (codant pour une cytokine anti inflammatoire) et qui exploitent ce gène pour contrôler la réponse inflammatoire des hôtes qu’ils infectent. Les virus peuvent être des vecteurs de matériel génétique. on le voit notamment sur les bactériophages (intégration de génome bactérien dans une autre espèce bactérienne → transduction = transfert horizontal). Réparation des dommages à l’ADN : Ces dommages, à l’origine des mésappariements notamment, peuvent être théoriquement corrigés par des systèmes de réparation des dommages à l’ADN. Système de correction d’épreuve : Qui va revenir en arrière en cas d’erreur d’incorporation des nucléotides. Elle corrige de 100 fois le taux d’erreur. MMR (Mismatch repair) : Des syst permettent d’améliorer le taux d’erreur d’un facteur 1000, notamment le mismatch repaire (MMR). C’est un des premiers syst à rentrer en action après l’activité proof rading. On a illustré le MMR des bactéries sur la dia à droite. On a le brin matrice en noir, et la brin néosynthétisé en bleu. La croix illustre un mésappariement. Le système de MMR va détecter l’erreur. Une endonucléase va alors couper un site spécifique GATC du brin néosynthétisé et une exonucléase 5’3’ va grignoter l’ADN néosynthétisé. Les ADNp vont ensuite reboucher le trou laissé par l’exonucléase. Le dernier nucléotide est ressoudé grâce à une ligase. C’est l’action successive de ces enzymes qui va permettre d’éliminer le nucléotide inséré de manière erronée. Comment savoir dans le mismatch quel brin est mauvais. Le MMR va se baser sur le caractère hémi méthyle de l’ADN néosynthétisé. C’est le brin néosynthétisé qu’il faut réparé, donc celui qui n’est pas méthylé. Remarque : des perturbations de ce système sont génératrices de tumeurs car apparition de mutations importante ! Réparation post-réplicative : La réparation post réplicative s’intéresse notamment au dimères de thymine. L’ADNp va sauter ce dimère, il manque donc une partie du brin néosynthétisé. Le système de réparation post réplicative va utiliser une prot (RecA) qui va réaliser une recombinaison avec le brin donneur. Elle va aller chercher dans l’autre brin matrice le AA et le placer au niveau du brin néosynthétisé pour reboucher le trou bouché par la polymérase. Le trou qu’elle a créé sera rebouché en utilisant le brin déjà synthétisé. On constate que ces systèmes corrigent les erreurs dans le brin néosynthétisé mais ne corrige pas la lésion. Donc à la prochaine réplication, il y aura la même erreur. Un autre système de réparation va permettre de réparer la lésion du brin matrice. Réparation par photoréactivation : Chez les bactéries, levures, plantes et mammifères marsupiaux, on retrouve u système par photo-réactivation, qui nécessite de la lumière pour fonctionner. La prot EPR va reconnaitre le dimère de thymine, s’y fixe et si elle absorbe de la lumière bleue, elle va s’activer et pouvoir résoudre les 2 liaisons covalentes constituées entre les thymines. Elle va ainsi libérer les thymines. Ce système interviendra en 2nd ligne pour corriger la lésion. Mais on ne retrouve pas ce système dans tous les organismes. Réparation par excision de bases (REB) : Les modifications de bases peuvent être corrigées par un système de réparation par excision de base (REB). On a par exemple ici une déamination d’une cytosine (uracile). On va avoir une enzyme qui va reconnaitre la base à cliver et qui va utiliser une glycosylase pour couper le lien glycosidique qui unit le sucre à l’uracile. Ce dernier sera donc éliminé. On n’aura pas besoin de cette étape en cas de dépurination. Ensuite, une endonucléase va couper de part et d’autre du sucre le lien phosphodiester pour créer un site sans sucre, ni base (plus de nucléotide). On a donc un trou qui va être rebouché par une ADNp dédiée à ce type de séparation en ajoutant une cytosine par complémentarité avec la matrice. L’ADNp va former le lien phosphodiester entre CC mais pas entre CA. Ce dernier lien sera fait par une ligase. Réparation par excision de nucléotides (REN) : La REN ne répare pas les mismatch, il est dédié à des lésions encombrantes, comme le dimère de thymine. Ce système REN va scanner le génome et quand il détecte la lésion, il va par des endonucléases couper de part et d’autre de la lésion (13 nucléotides chez les procaryotes et 28 nucléotides chez les eucaryotes) puis rebouche avec une ADNp et referme le dernier nucléotide avec une ligase. Chez certains organismes, il s’appelle Uvr car il a étét décuvert comme système de réparation des lésions induites par les UV. Chez l’homme on parle de système XP, car des mutations au niv de ce syst ont été identifiées chez des patients souffrant de xeroderma pigmentosum (mutation au niv des gènes codant pour les prot XP → les lésions ne peuvent plus être réparées). Ces personnes vont dvp vote des cancers de la peau car dès qu’ils sont exposés à des UV, ils dvp des lésions, mutations et puis cancers. On les appelle « enfants de la lune ». Voies de réparation de cassures double-brin : Système de réparation dédié aux cassures doubles brins, occasionnées par des radiations ionisantes ou des ROS. Quand l’ADNp progresse le long de la matrice, il y a une séparation des brins par l’hélicase, qui génère un surenroulement positif en aval, corrigé par la topoisomérase qui coupe le double brin puis le relie. Elle va donc générer des cassures doubles brins et parfois, elle ne les répare pas. Ces 2 systèmes vont donc entrer en jeu. Ils n’interviennent pas au même moment du cycle cellulaire. A droite : système de réparation par recombinaison homologue, il doit donc y avoir à proximité de la région à réparer une région qui lui est homologue. On a 2 exemplaires de la molécule d’ADN après la phase S uniquement : les chromatides sœurs apparaissent. L’une d’elle va avoir un problème mais l’autre est à proximité, jusqu’à l’anaphase. Des enzymes vont reconnaitre la lésion et dégrader l’un des brins pour générer une extrémité sortante, tapissée d’une prot pour le protéger. Il va y avoir une invasion de la chromatide sœur par le brin issu de la cassure double brin (comme pdt un crossing over). Ce brin va utiliser le brin vert comme brin matrice et va le recopier. On va avoir la formation d’une jonction d’Holiday. On va générer 2 chromatides sœurs avec une partie de vert et une partie de bleue de manière identique. Les 2 CH sont donc identiques en termes de séquences puisqu’issus de chromatides sœurs. Ce système de séparation nécessite donc la présence d’une chromatide sœur. On pourrait imaginer que ce système soit aussi actif au moment de la formation de la tétrade. Pdt la phase S, G1 ou la mitose, on peut avoir création d’une cassure double brin mais ce système ne sera pas possible. On aura un système qui n’utilise pas d’homologie (NHEJ : non homologous end joning). Ce système va s’arranger pour créer une micro-complémentarité entre le brin du haut et celui du bas pour qu’ils puissent s’associer. Il suffit de rogner un peu de chaque côté jusqu’à ce qu’on trouve des nucléotides complémentaires l’un en face de l’autre pour reconstituer un double brin. Le reste sera grignoté et les trous seront rebouchés par une polymérase. Mais un grignotage se fait, donc on va perdre du matériel génétique. De plus, pdt cette réparation on pourrait avoir des morceaux d’ADN provenant d’un autre CH. On pourrait ainsi attacher des morceaux de CH qui ne devraient pas être ensemble. Il pourrait par exemple s’agir de morceaux d’ADN viral, même si le virus est un herpesviridae qui n’intègre normalement pas son génome. On parle de translocation chromosomique. Ce système qui doit corriger les lésions le fait mais entraine des mutations (système mutagène). Les mutations ponctuelles VS les mutations chromosomiques : Les mutations ponctuelles : - Substitutions : quand on change la nature d’un nucléotide (modification de la base azotée) Transition : chgt pyrimidine/pyrimidine ou purine/purine Transversion : pyrimidine/purine Mutation faux sens si le chgt d’une des 2 premières positions du codon → chgt d’aa Mutation non-sens si apparition d’un codon stop Mutation silencieuse si la mutation ne change pas la nature de l’aa (notamment si elle touche la 3ème position du codon) → pas d’effet sur la séquence de la prot grâce à la dégénérescence du code génétique. Elle peut aussi être silencieuse si elle survient au niveau des télomères par ex : pas d’importance génique majeure donc pas d’importance sur le phénotype. Mais les télomères sont sous forme d’hétérochromatine constitutive (condensée) donc le taux de mutation est faible Ces substituions vont conduire à l’apparition des SNPs (single nucleotide polymorphism) : induit un duo polymorphisme dans la séquence. La séquence normale et la mutée constituent un polymorphisme. Pour une séquence donnée, on peut avoir la séquence sauvage et la séquence mutée. Notre génome (3 milliards de nucléotides) a en moyenne une substitution tous les 300 nucléotides, soit 10 M de SNPs. Si on prend 2 étudiants, on sait que pour certains SNPs on observera des différences. Cela permet de faire des GWAS (genome wild association studies), cad études qui visent à comprendre la nature génétique d’un phénotype. On va analyser les SNPs dans une pop saine et une pop malade et on va voir s’il y a une corrélation de la présence de gènes dans la pop malade, abs dans la pop saine. On va ainsi identifier les parties du génomes impliquées dans la maladie ou dans un phénotype particulier. - Insertion et délétion : Dans le cadre du dérapage réplicatif, on peut avoir un décalage du cadre de lecture. Un chgt de nucléotide peut impacter la nature des aa. Si on a une délétion d’un nucléotide, on va entrainer un décalage du cadre de lecture et ce qui suit la délétion perd son sens, de même si on a une insertion qui n’est pas un multiple de 3. Myostatine : effet inhibiteur sur le dvpt musculaire. Si on enlève 11 nucléotides dans un exon, on entraine un décalage du carde de lecture et une perte de fonction de la myostatine. On va donc avoir une augmentation du dvpt musculaire, comme on peut l’observer chez le BBB. On l’appelle gène culard car on l’a identifié dans les races culardes. Certains individus présentent un dvpt musculaire important, on a essayé de comprendre quel gène était muté, et c’est là qu’on a identifié le gène codant pour la myostatine. On le retrouve chez les ovins, bovins, souris, homme, etc... Chez le chien (whippet) : on compare 3 catégories : domestiques et compétition. Dans les lignées musclées, les allèles codant pour la myostatine sont modifiés. On observe en fait une délétion de 2 nucléotides (pas un multiple de 3) dans l’exon 3 (ça pourrait être ailleurs). Le phénotype hétérozygote (intermédiaire) a un phénotype intermédiaire car l’allèle sauvage va fabriquer une myostatine normale mais ça ne va pas suffire à réguler le dvpt musculaire comme chez l’individu homozygote sauvage. On aura donc un dpt musculaire anormal. Une autre étude a été réalisée chez les chevaux de course : on a étudié des CV faisant des courts distances, et d’autres des longues distances. On a 3 génotype, il s’agit d’une substitution d’un nucléotide dans le gène codant pour la myostatine. Les CV performant sur la courte distance présentent un phénotype homozygote mutant alors que les CV performants sur les longues distances présentent un génotype homozygote sauvage. Quand on fait la courte distance, il faut une musculature dvp. Chez le cheval, dans le cadre de la synthèse de mélanine, il y a 3 robes : alezan, noir et bai. L’alezan et le noir présentent une mutation au niveau de 2 gènes codant pour la prot qui engendre la mélanine. A la surface des mélanocytes, il y a un récepteur MCER qui lie la MSH, fabriquée par les kératinocytes notamment (quand ils sont activés par les UV). La liaison de la MSH au récepteur va entrainer une voie de signalisation qui va conduire au facteur de transcription MITF qui va se lier au niv du promoteur de gènes cibles impliqués dans la synthèse de mélanine. La prot OCA2, TYRP1, TYR... Ces protéines une fois fabriquées vont aller exercer leur fonction au sein des mélanosomes pour fabriquer la mélanine. Chez les CV alezan on a remarqué que le récepteur mc1R peut être muté → substitution au niv de la cystéine 901 en thymine. Ça va  entrainer une perte de fonction de mc1R, qui ne pourra plus activer MITF. Par défaut, c’est la voie de synthèse de la phéomélanine qui va être activée → explique la couleur rousse. La prot ASIP est un inhibiteur de la formation de mélanine, il va se lier à mc1R et empêcher MSH de se lier. Ainsi il va empêcher la synthèse d’eumélanine. On va alors privilégier la synthèse de phéomélanine. Dans les animaux avec un phénotype agouti, on a une alternance de phéomélanine et d’eumélanine, lié à un effet puzzle de ASIP. Parfois ASIP n’est pas fonctionnel car mutation de son gène codant (délétion de 11 nucléotides). Si ASIP perd sa fonction en raison de cette mutation, il ne pourra plus se lier au récepteur mc1R et MSH pourra fabriquer de manière permanente de l’eumélanine → robe noire. Ces gènes mc1R et ASIP peuvent présenter d’autres mutations. En effet, d’autres mutations sont observées dans le cadre d’autres phénotypes au niv de la synthèse de mélanine. Les mutations chromosomiques : Les mutations chromosomiques sont de 2 types : aneuploidie et polyploidie. Affectent le nb de CH : en raison d’un pb de disjonction au moment de la méiose. Parfois, il y a des pb au moment de la séparation des CH au moment de l’anaphase (soit au moment de la méiose 1 soit au moment de la méiose 2). 1 cellule fille pourra recevoir les 2 CH homologues et l’autre cellule fille ne recevra pas de CH1. On obtiendra dans ce cas un individu trisomique (2 CH dans les gamètes + 1 haploïde) ou monozygote. Si le pb survient à la méiose 2, on a à nouveau un risque de trisomie ou de monosomie. - Aneuploïdie = modification du nb de CH sur un nb réduit de CH. Monosomie = perte d’un CH exprimé sous forme de 2n-1 (un humain n’aura que 45 CH). Chez l’homme, il n’y a pas de cas de monosomie des CH non sexuels. Seule la monosomie du CH 45 est possible : certaines femmes n’ont qu’un CH X. Les autres formes de monosomie dites autosomiques sont léthales. Ce n’est pas toléré chez les animaux. Ex: syndrome de Turner (45, X), HaploIV chez la drosophile. Hypothèse 1 : la monosomie implique qu’il n’y ait plus qu’un CH, ce qui entraine le démasquage d’allèle récessifs létaux. Imaginons qu’on a 2 CH1, composés chacun de pls gènes. Imaginons qu’un gène soit hétérozygote, d’allèle récessif causant une pette de fonction de la prot si elle est exprimée àpd l’allèle récessif. Si l’autre CH est produite normalement par l’autre CH homologue, on fabrique 50% de prot fonctionnelles. Ça va pouvoir suffir pour assurer les besoins de la cellule → hétérozygote viable. Mais si on perd le CH qui donnait la prot fonctionnelle, il ne restera plus que le CH avec l’allèle défaillant qui ne pourra pas garantir la survie de la cellule. Chez un hétérozygote, l’allèle est masqué par l’allèle normal, s’il est seul, il est alors démasqué et on va dvp le phénotype mutant et la cellule meurt. Hypothèse 2 : équilibre délicat entre les produits géniques. Parfois, on a besoin de 100% du produit génique. Donc si on perd 1 CH, on perd 50% de chaque prot. Pour certaines prot, cela n’est pas viable pour le dvpt et le métabolisme de la cellule. Cela expliquerait pk la monosomie n’est pas tolérée. On parle de produits génique et non de prot car des gènes non codants seront transcris en ARN non codants, eux aussi concernés. La monosomie autosomique est plus fréquente chez les plantes : maïs, tabac, etc... mais les individus sont affectés. Par ex, leurs gamètes présentent une grande sensibilité. Chez l’homme, pas de monosomie autosomique, mais seulement hétérosomique (du CH X qui génère un phénotype 45X). On connait un cas de monosomie autosomique partielle, qui est portée par le CH 5. Il manque un morceau de ce CH (plus ou moins grand) du bras court, au niv de l’extrémité. La perte de ce morceau crée le syndrome du « cri du chat » (pb mental et physique). Il y a une malformation du larynx qui donne son nom à ce syndrome. La gravité des symptômes associés va dépendre de la longueur du morceau manquant (de la délétion). La trisomie est plus viable que la monosomie. Notamment chez les plantes, qui plus résistantes à une modification du nb de CH. La trisomie a un impact sur le phénotype de la graine et finalement du phénotype de la plante finale. Chez l’homme, le seul cas de trisomie viable identifié est le trisomie 21 (= syndrome de Down). Les personnes atteintes de ce symptôme peuvent selon le degré de gravité vivre relativement longtemps. On voit sur le caryotype le CH 21 excédentaire. La cause principale de ce syndrome est un pb de disjonction lors de la méiose. Ce pb a lieu principalement au niveau de l’ovule (95% des cas). Le risque d’avoir un enfant trisomique augmente avec l’âge de la mère. En général à l’âge de 30 ans, 1 chance sur 1000 et à 40 ans 1/100 et à 45 ans 1/50. Hypothèse : pdt le dvpt embryonnaire de la femelle chez l’homme, il y a formation des gonades. Ces gonades commencent déjà à fabriquer des ovocytes, qui seront maturés lors de l‘adolescence de cet individu femelle. On a donc une méiose entamée déjà au stade embryonnaire et qui se terminera à chaque cycle menstruel. Des ovocytes seront bloqués 15 ans avant que la méiose II survienne mais des précurseurs d’ovocytes peuvent être bloqués pdt 45 ans. On pense que le fait de rester bloquer longtemps avant la méiose augmente les chances de pb de disjonction et donc d’avoir un gamète d’avoir 2 CH 21 et donc un enfant trisomique. Ces individus auront donc un génotype de 47 CH. Ça concerne une mutation qui survient au niveau de la méiose. Donc principalement lors de la formation des gamètes, transmis à la descendance. Cette descendance va hériter d’un gamète et d’un patrimoine génétique au niveau du zygote. Le zygote va transmettre cette anomalie génétique à l’ensemble des cellules cad à l’ensemble de l’embryon. Mais le pb de disjonction peut subvenir à la mitose, cela va entrainer un pb de répartition des CH dans les cellules filles. Ces mutations ne concerneront à priori que quelques cellules dans un endroit du corps localisé chez un adulte. Cela ne veut pas dire qu’il n’y aura aucun impact sur l’organisme. Si ces pb surviennent après la formation du zygote, dans les 1er stades du dvpt embryonnaire, ça aura un impact important (mosaïcisme) une grande partie du corps présentera une anomalie génétique. certaines cellules de l’organisme vont présenter la mutation et d’autre un génotype normal : on parle de mosaïcisme. Les mutations peuvent survenir à n’importe quel endroit et n’importe quel moment !! On peut retrouver le pb de trisomie chez tous les individus diploïdes. On a des techniques de marquage des CH qui utilisent des sondes associées à un fluorochrome. On a ici l’ensemble des CH en bleu et on peut identifier une région du CH grâce à ces sondes associées à un fluorochrome. On pourra ainsi visualiser une région précise du CH. Dans ce cas, on voit des points roses sur 3 CH, ce qui montre la trisomie. Ça permet de marquer non pas un CH surnuméraire mais parois une région surnuméraire. Le fait d’avoir un nb de copie anormal peut concerner seulement une régions : on parle de duplication de la région. On peut grâce à cet outils de sonde fn visualiser une région en particulier.  - Polyploidie = ensemble du jeu de CH est présent de manière surnuméraire. Elle est fréquente chez les plantes, on peut la retrouver chez certains animaux (lézard) mais n’existe pas chez l’homme. Il en existe pls formes : - Autoploïdie : le fait d’avoir pls jeux de CH (plus que 2 chez une diploïde) identiques - Allo-ploïdie : on a pls jeux de CH qui proviennent de pls espèces de génomes différents (pas identiques). Il n’y a pas d’homologie entre les CH, on a donc un individu hybride, ici tétraploïde - Endopolyploïdie L’autopolyploïdie peut subvenir suite à un pb de ségrégation des CH au niveau de l’entièreté du génome (possibilités sur la dia). Dans la nature, il n’est pas idéal d’être triploïde. En effet, quand il va subir la méiose, il va générer un gamète diploïde et un haploïde (pas équilibré). En labo, on sait générer un individu polyploïde àpd d’un individu diploïde chez les plantes. On va ajouter un poison = colchicine, qui va paralyser les fibres du fuseau mitotique, qui ne pourront donc pas se contracter pdt l’anaphase → pas de séparation des CH. On va ainsi bloquer l’anaphase. La cellule va donc conserver ses CH. Quand on va enlever la colchicine, elle va recommencer une phase S (duplication CH) puis pratiquer une mitose. Mais elle avait déjà un nb doublé au préalable. In fine, elle va donc se retrouver avec des cellules tétraploïdes, qui vont se dupliquer en cas de mitose et si elles subissent une méiose générer des gamètes diploïdes qui vont produire des organismes tétraploïdes. Au cours de la sélection variétale (basée aussi sur l’observation), la polyploïdie est intéressante car ça donne des végétaux plus gros. Chez les levures polyploïdes, on a analysé le transcriptome des polyploïdes et on l’a comparé aux levures haploïdes. Des gènes sont sur exprimés et d’autres sous exprimés, notamment des gènes codant pour des prot impliquées dans la transition G1-S du cycle cellulaire (dépendant d’une cycline). Si on produit moins de prot impliquées dans la transition chez les polyploïdes, ces cellules resteront plus longtemps en G1, où la cellule grandit, prépare la mitose. En labo, si une variété nous intéresse, on peut essayer d’augmenter le niveau de polyploïdie de ces cellules.  Allo-ploïdie : individus qui résultent d’un croisement interspécifique. Les 2 génomes sont différents. Le 1er génome contient 3 CHa et le 2ème 2 CHb. Ce sont des espèces diploïdes. Lorsqu’elles pratiquent la méiose, elles vont générer des gamètes haploïdes. Les CH a et b sont différents (pas du tout homologue). Si la fécondation est possible, on génère un individu hybride, souvent stérile. Dans cette situation, il ne peut pas y avoir formation de tétrade car pas de CH homologues. S’il y a méiose, la répartition ne sera pas équitable dans les cellule filles. Les gamètes n’auront pas le même génome. Chez les plantes, on peut doubler le génome grâce à la colchicine, ainsi chaque CH sera dupliqué et donc on va obtenir un individu capable de produire des gamètes équilibrés (par formation de tétrades). Si les 2 gamètes se fécondent, on génèrera un individu amphidiploïde. Cela a permis de faire avancer l’agriculture. On utilise bcp d’hybrides dans l’agriculture intensive, qui résultent de fécondation entre des espèces différentes. C’est facile chez les plantes pcq on peut les manipuler en labo, c’est plus complexe chez les animaux car pas de descendance possible. Ils ne sont donc pas maintenus dans la nature, sauf accident pdt la méiose avec un disjonction totale pdt la méiose qui mènerait à une duplication du génome. Endoployploïdie : Certaines cellules d’un individu diploïde sont polyploïdes. C’est le cas des cellules hépatiques chez l’homme. Chez un individu diploïde, certaines cellules sont polyploïde grâce au mécanisme d’endomitose. Les cellules vont se diviser par mitose mais la mitose ne sera pas aboutie : duplication des génomes pdt la phase S mais pas de séparation des cellules filles. On génère ainsi des grosses cellules avec pls génomes. Au niveau du foie, c’est intéressant car il y a plus de transcrits. On peut imaginer que chaque gène soit transcrit de la même manière mais on aura plus de 2 copies de chaque gène, ce qui permet un gène de transcrits plus important au niveau de ces cellules hépatiques. Or au niv hépatique, il y a un métabolisme important. Les enzymes du métabolisme doivent être produites en grande quantité. Les gènes ribosomiques par ex doivent être transcris en plus grande quantité. La polyploïdie va favoriser les cellules à besoin important. Autre façon de fabriquer plus de transcrits : avoir pls copies au sein du génome. Parfois ça ne suffit pas et il faut donc multiplier le nb de copies du génome. Remarque : on n’observe pas ça que chez les vertébrés, ex : araignée d’eau. Affectent la structure d’un CH : Le CH peut perdre une partie (extrémité ou non). La topoisomérase peut provoquer des cassures qui peuvent être réparées (syst NHEJ qui crée une micro-complémentarité en grignotant du matériel) on peut imaginer une délétion. Une délétion terminale est une cassure double brin non réparée. Si on perd du matériel génétique sur 1 CH, on a l’allèle correspondant sur l’autre CH qui peut assurer la fonction mais la perte d’un allèle peut avoir des csq importantes pour l’organisme. La duplication peut survenir suite à une crossing over inégal : duplication sur un CH et délétion sur l’autre. Parfois c’est intéressant de dupliquer des régions mais parfois ça pose pb d’avoir trop de copies car on perturbe l’équilibre des produits géniques. Pour l’humain, il faut être diploïde et des modifications trop importantes dans la quantité des produits géniques ne sont pas tolérés. L’inversion c’est lié à des cassures double brin : par exemple, on a un CH qui forme une boucle et des cassures double brins sont de part et d’autre de la boucle. Si le NHEJ intervient et que cette boucle d’inversion se défait, une réparation va se faire dans l’autre sens et la région présente dans la boucle se retrouve inversée. Ce chgt de localisation des gènes peut poser pb car le promoteur peut se retrouver loin des contrôleurs de la transcription des gènes inversés. Ou alors un site de liaison du facteur de transcription va être créé et on va perdre le contrôle de l’expression génique. Translocations réciproque et non réciproque : concernent 2 CH ou +. Lors de la séparation du CH bleu, celui-ci peut se retrouver sur le CH orange. Mais ces gènes perdent leur environnement régulateur et peuvent se retrouver dans une région du CH plus condensé. Ça peut être problématique au niv de leur expression. Indépendamment de ça, si le CH bleu n’a plus de gènes A et B et qu’il se retrouve dans un contexte avec un CH bleu qui a l’ensemble des gènes, on crée une hétérozygotie (forme de monosomie partielle pour la région transloquée). Selon le moment et le type de cellule, les csq peuvent être différentes : importantes dans cellules germinales pdt la méiose. La translocation peut être réciproque : interversion des régions chromosomiques. Le matériel génétique est conservé mais il n’est pas à sa place → pb d’expression génique. Il peut y avoir des pb lors de la formation des tétrades, qui seront alors des octades, ce qui va compliquer la répartition des CH au moment de la méiose. Translocation viable : fusion centrique. Translocations qui vont avoir lieu entre des CH de 2 groupes, dits acrocentriques car le centromère n’est pas au milieu. Il y a fréquemment des cassures, qui génèrent des translocations centriques, au niv du centromère. Les fragments qui ont conservé un centromère vont s’associer au niv du centromère pour générer un CH hybride. C’est ce que l’on observe dans le syndrome de Down familial, lié à la trisomie 21, résultant d’un pb de disjonction. Dans certains cas, il est lié à un phénomène de translocation.  Des familles ont de fortes proba de donner naissance à un enfant trisomique. Si un couple a un enfant trisomique et qu’il décide d’avoir un second enfant, ils ont 1 chance sur 3 qu’il soit aussi trisomique. C’est lié à une fusion centrique entre le CH 14 du groupe D et le CH 21 du grp G. Individu porteur du syndrome de Down, qui a un phénotype normal. Après fécondation, il va y avoir différents types de zygotes générés (son génotype n’est pas normal : formation d’un CH hybride). Quand cet individu va pratiquer la méiose, pls combinaisons de tétrades peuvent se former. On génère donc des gamètes déséquilibrés pour les CH 14 et 21. Selon le gamète impliqué dans la fécondation avec le 2ème gamète, qui lui est normal, on a pls combinaisons possibles. Exemples de mutations chromosomiques chez les animaux : Ces mutations qu’elles soit de l’aneuploïdies, trisomie, ou toute forme de mutation structurale des chromosomes peuvent survenir partout. C’est toute une série de mutations qu’on a réussi à caractériser chez une série d’animaux qui peut être viable ou pas. Quand on a un chat, un chien ou un cheval sauf s’il y a une anomalie détectable, on ne passe pas son temps à génotyper ses animaux. On a beaucoup moins de recul par rapport aux anomalies chromosomiques chez les animaux domestiques et encore moins chez les animaux sauvages. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)