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ADN: Instabilité et polymorphisme de l’ADN
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ADN: Instabilité et polymorphisme de l’ADN

by G0802-1984-GC_597 août 2015

                                  Instabilité et polymorphisme de l’ADN

 

  1. Les variations de structure de génome

L’ADN n’est pas statique, il peut subir deux variations de structure.la nuance n’est pas absolument strict.business graph, chart, diagram, bar

  • Mutation: sont des changements très rare de la séquence du génome qui ont un caractère pathogène, ex la mucoviscidose, 1 nouveau-né sur 2000. On va admettre que la fréquence sera inférieur à 1/10 000. (très rare).
  • Polymorphisme: changement de même nature mais plus fréquent supérieur à 1%, ils vont entrainer des petites différences qui correspondent à des caractères ex : la couleur des yeux foncé 75% clair 25%, due à un seul variant de structure, ils sont anodins  c’est un trait du phénotype. Il en existe beaucoup (taille, traits du visage, poillus)

La difficulté des généticiens c’est qu’ils découvrent des polymorphismes très rares, inférieurs à 1%. On peut dire que les mutations sont rare et spontanée et transmis a ces descendant et on peut déterminer quand est survenu la mutation, La majorité ont une fréquence supérieur à 5%.

La nature des polymorphismes

Si on séquencer l’ADN de 2 personnes, on niveau des SNPs (changement d’un nucléotide) ont en a un tous les 1000 paires de bases qui risque d’être différents d’un individus à un autres sans liens de parenté. On va trouver 1différence sur 1000. Le message génétique pris au hasard qans lien de parenté on a 1 différence sur 1000.

Si on compare par rapport à des animaux le degrés est de 96 % chez le chimpanzé, la sourie 80%.

  1. Les mécanismes de ces variations

A côté de ces changement d’une seule bases, les chercheurs ont découvert des variations du au changement du nombre de copies (normalement 2 copies, une mère et une père) mais à l’intérieur du génome, il peut y avoir des délétions (manque) ou duplication, c’est petit segment peuvent faire quelque dizaine de nucléotides de long ( 1% de différence d’un individu à un autre) voir 1kb. Qui totalise au total 30 méga bases.

Les SNPs il en existe 17 millions dans le génome, il y a 14 millions de connus, il y a 7 millions dont la fréquence d’un des allèles est de 5% et donc l’autre allèle 95% et 7 millions rare entre 1 et 5%. Sur les 17 millions quand on compare des individus 3 vont être différents, c’est pour ça que l’hétérozygotie est de 1/1000.

Répartition des variations

Le message génétique a un endroit particulier quand on étudier le génotype on utilise toujours le message porter par l’un des 2 brins le 5’ 3’, on a donc les 2 variant très facilement repérable.

 

 

Même messages génétique = homozygote génotype AA ou AG

Différents messages génétique = hétérozygote génotype AG

On peut calculer la fréquence du génotype à partir de la fréquence des allèles

A = 60% (p) donc les G 40%( q) il existe une règles de distribution  AA = p² et GG= q².ou 2pq

Ex A= 60 AA = 36 %

Lorsqu’un allèle est rare la fréquence des 2 variances est inférieure  à 5 %.

  • Les polymorphismes de l’ADN et leur intérêt en médecine

Les conséquences en médecine sont extrêmement importantes puisque l’on peut à partir d’un traits phénotypique. Il existe beaucoup de variations génétiques responsables de traits phénotypes.

Il existe des variations qualitative, de petites ou grandes tailles, des chaine moléculaire inférieur à 1 kilo base qui vont correspondre d’abord les mutations ponctuelle ou polymorphisme si fréquence supérieure.

Il peut s’agir aussi des in del sont des mutations qui vont correspondre à l’insertion d’un  nucléotide dans le génome ou à sa délétion. Il va manquer un seul nucléotide ou un de trop.

Il peut avoir des variations de faibles longueurs inférieur 1000 bases (1kb) il peut y avoir un manque de matériel génétique ou une insertion. Il peut y avoir 1, 2,3 mutations d’un gène, si ça touche la région codante :

  • Mutation synonyme ou silencieuses qui vont toucher un nucléotide mais qui ne va pas entrainer un changement de sens, c’est-à-dire de changement dans la nature des aa.

 

  • Mutation non synonyme: vont changer la séquence du produit du gène
  • soit les faux sens (change le sens en un autre, va remplacer la nature d’un aa par un autre il y aura les conservative: changement va remplacer un aa de la même catégorie (hydrophobe par hydrophobe) et les non conservative remplace un aa par un autre très différents (acide par base), il y aura des répercussions.
  • soit les non sens lorsque le code génétique correspondant à l’aa ne sera pas remplacer se sera un codon stop. La synthèse de la protéine s’arrête.

A côté de ces mutations existe des polymorphismes, les SNP sont très étudié actuellement.

On a des STR (short tandem repet) variation du nombre de répétition dans les séquences courtes 1 à 6 pb, ce sont mes micro satellite en français, les plus abondants sont des séquence de 2 nucléotides adjacent sur un même brin. Ils se répètent 10.20.30 fois dans le génome, il y a 100 000 micro-satellite dans le génome humain. Généralement il siège à l’extérieur des gènes, ils sont très intéressant en médecine légale, ils sont différents d’un individu à un autres (comparaison d’ADN), le nombre de répétition varie ils sont différents d’un individu à un autre. C’est facile de récupérer de l’ADN, Les êtres humains sont desquament il suffit de typer 5 6 marqueurs pour comparer 2 ADN avec fiabilité extrême.

Les indels, soit il manque un petit quelque chose soit on ajoute quelques chose, ils font entre 6 et 1000 pb, il y a peu près 2 millions d’endroit dans le génome.

Les variations de petite échelle sont qualitatives.

Variation de structure a des échelles plus importantes supérieure  à 3 méga bases

Anomalie repérable au microscope. Les généticiens ont fait le caryotype : après étalement pouvoir caractériser les chromosomes en métaphase de pouvoir caractériser les chromosomes, on les incube et on voit des bandes, on peut repérer des anomalies, la morphologie des chromosomes, important pour repérer les micro-délétions (retard mental, ou syndrome dysmorphique), des inversions (fragment à l’envers), ou autres anomalie, échelle de la cytocinétique.

Entre les 2 ( anomalies moléculaire et anomalie microscopique), jusque 2003 2004 aucun moyen de repérer les anomalies intermédiaires, sub-microscopique, a pu être appréhender grâce aux puces à ADN, mini support microscopique sur lequel on peut mettre des ADN.

Les variations sont surtout quantitatives, on les dénomme les CNV (variation du nombre de copies) de n’importe quel  segment de notre ADN qui peut être soumis à ce type de variation environ 12 000 dans le génome humain dont la taille est de 10 000 pb , ce segment est dupliquer, il y a une deuxième copie a coté. Elle affecte une proportion non négligeable du génome humain elles s’expliquent des différences entre les individus.(1% de différence entre les individus)

La qualité n’est pas altérer, lorsque les variations sont sup à 1% on les appelle les CNP.

Les mécanismes de variation

Ils sont parfois très complexes,

  1. Polymorphisme de séquence répété vont être responsable de la variation du nombre de copie des micro satellite, variation rare. C’est lié en grande partie à des erreurs de réplication en effet La polymérase qui en a marre de lire un message monotone, ex un motif CAG, un micro satellite contient la succession des motifs et sur l’autre brin complémentarité. L’enzyme va recopier le brin matrice en allongeant le brin en cour de synthèse de 5’ vers 3’. Elle recopie une fois, puis un deuxième, le troisième puis elle dérape vers l’arrière, le brin en cours de croissance dérape vers l’arrière, ensuite la polymérase va à nouveau recopier ce bloque n°3, on aura 5 bloque dans le bloque néo synthétiser au lieu de 4.

 

  1. il peut avoir des phénomènes de crossing over inégale, enjambement de la chromatine, segment homologue de l’ADN soit d’un même chromosome soit de ceux de la même paires, ils sont naturels lors de la méiose pour les échanges lors de la fécondation. Si c’est phénomènes d’échange se font de manière inégale ça peut donner un dynamisme de séquence répété. Ex : phénomène de crossing over inégale, on va représenter 2 chromosomes avec leur chromatine, l’autre chromosome de la paire est homologue, les échanges peuvent se faire par appariement, mais des fois l’appariement peut se faire de façon décalé dans les séquences répétées. De ce fait, il n’y a pas la même séquence génétique, recombinaison inégale. Des fois les mécanismes peuvent emporter des gènes (duplication et délétion) ils mettent en jeu des séquences répété disperser.

Ces mécanismes peuvent expliquer les variations dans le génome. Les séquences répétées représente 50% du génome.

Il y d’abord une duplication du gène puis une délétion, ces mécanisme peuvent expliquer c’est mécanisme.

Les séquences répétées sont utile pour faire évoluer le génome, dans certains phénomène l’augmentation du nombre de copie est un avantage ex : au fur et a mesure de l’évolution de l’espèce, l’acquisition d’un nombre plus élevé de l’amylase provoque un avantage dans la  digestion de l’amidon. Par la suite on était découvert des régions instables du génome humaines

En 91 les chercheurs ont décrit une première  maladie du au microsatellites, normalement les microsatellites se situe dans les régions inter génique mais peu exister dans les exons des gènes ( l’intérieur ou dans les régions régulatrice), le syndrome de X fragile, les chercheur ont identifié une séquence microsatellite CCG répété, chromosomes normaux inférieur à 50, chez les malades ce nombre augmente au-dessus de 200 et compris entre 2000, c’est une expansion soudaine de se nombre qui caractérise la mutation, c’est l’une des cause génétique chez le garçon ( retard mental, et oreille décollé) prévalence de 1/3000, le gène muté est le gène FMR 1.

Depuis d’autres maladies découvertes, l’instabilité de ces séquences est dû à des phénomènes duplicatif  ou erreur de réparation des anomalies, le gène devint inactif. D’autre maladie, la Corée de Huntington prévalence de 1/10 000 15 000 lié au même mécanisme (instabilité d’une séquence répété intra-génique).

Au-delà de ces phénomènes il peut exister des phénomènes de dynamisme naturel du génome, de recombinaison du génome qui profite que le génome soit diploïde, il peut avoir des échanges lors de la méiose. C’est mécanisme peuvent être élucider, lors de méiose, on va mettre en jeu une cassure  soit simple ou double brin qui vont aboutir à des phénomènes d’échanges) par endonucléase  à un endroit précis qui va se dérouler sur un brin de plusieurs chromosomes, les extrémités 3’ vont subir un phénomène d’enjambement et de l’autre côté on aura le même phénomène d’enjambement.

La cassure va permettre le phénomène de recombinaison, la reconstitution du matériel génétique qui respecte les règles d’appariement, le nouveau chromosome va récupérer  le petit fragment de l’autre puis il y aura une jonction avec une ligase qui reconstitue. Le phénomène se fait en miroir.

Dans 2 gamètes différentes, on a brassé le matériel génétique.

Phénomène de recombinaison homologue grâce à des mécanisme de recombinaison moléculaire uniquement dans les cellules germinales.

  1. Exemple médicaux de l’influence des variations du nombre de copies des gènes et les conséquences en pathologie.

 

  • Dans l’hémophilie A, trouble de coagulation, défaut de fonctionnement de facteur 8, le gène codant va être muté et ne pourra pas fonctionner correctement. On peut avoir une grande insertion intragénique d’un fragment de 400kb qui bloque le fonctionnement.

 

Maladies génétique humaines, syndrome pédiatrique du a des micros délétions

  • Syndrome de williams et Beuren, ce sont des enfants atteint de dysmorphie (anomalie de la face et des membres, et du  cœur, retard mental), délétion hémizygote (moitié du matériel dénétique) sur le chromosome 7, il y a inversion entre 1 et 5% des gens, si les 2 parents, le risque est élevé. Chez les parents atteint ont a 50% d’inversion, la cellule coupe sa séquence.la cellule perd son message et coupe sa séquence = maladie.
  • Syndrome Angelman, syndrome chez les enfants micro délétion du chromosome 15 de 2 méga bases, trouble moteur, du langage, du comportement. Chez les parents dans la moitié des une inversion qui sera un grand risque de délétion lors de la méiose.

 

  • Syndrome de Rett, qui est liée à des micro duplication intra génique du gène mecp2 ça peut arriver quand on a des micro duplication intragénique, perturbation du gène, défaut de fonctionnement, retard mental, trouble du développement psychomoteur et retard du langage, anomalie de fabrication des synapses, entre le 3ème mois de la grossesse et le debut du neurogénèse jusque 3 ans un enfant fabrique , un enfant fabrique des centaine de millier de connexion par jours.

 

  • Maladie infectieuse: variation de l’expression du gène pour la CCL3L1 une cimiokine qui joue un rôle de ligant qui va se liger à la surface des Lt. Le nb de polymorphisme est un facteur de susceptibilité à l’infection par le HIV. Si le nb de copie est normale, (2)  risque plus important que si copies en plus.

 

  • Les maladies neuro dégénératives: observé des var du nb de copie d’un certain gène à l’origine d’une forme familiale de ces maladies : duplication de l’APP qui favorisent le développement d’Alzhaimer précoce. (Amyloid Precursor Proteine). C’est très rare.

 

  • Le gène de la Synucléine (précoce de Parkinson) observation comme à l’origine de formes précoces de Parkinson.

L’étude des variants (SNP) peuvent être utiles pour utiliser ces marqueurs comme facteurs de risques surtout à partir des SNP (polymorphismes d’un seul nucléotide) on peut repérer l’augmentation de fréquence par des études d’association dans un groupe de malade. On va comparer deux population (témoin et de malade) on utilise des populations de plus de 2 000 individus. On va caractériser la maladie et génotyper les individus pour un certain nb de variant. La fréquence de l’alléle d’un variant donné dans la population donné, on va comparer par rapport à un groupe de malade.

On peut déterminer la fréquence respective des deux allèles (allèle G de fréquence 80% chez les malades alors que 40% chez les témoins => association significative entre le risque de porter l’allèle G et le risque de porter la maladie. L’allège G est un facteur de risque pour la maladie étudiée. Le risque d’apparition de la maladie est de qq %. Aproche intéressante. On détermine la fréquence dont la mesure de base est l’Odds ratio (proba de distribution d’un allèle dans une pop par rapport à toute la population.)

 

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G0802-1984-GC_59

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