Biologie Moléculaire GENETIQUE Biochimie Biologie … · Introduction à la génétique Le support de l’information ... • Le support de l’information génétique ne déroge

Vision Moléculaire de la cellule

Biochemistry, Mathews. Van Hole; The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc

GENETIQUE

Biologie Cellulaire

Biochimie

Biologie Moléculaire

Plan du coursMarc Prudhomme

Maître de conférence UPS

• Introduction à la génétique

• Information génétique et pérénité

• Gène et fonction, stratégie de transmission

• Transmission verticale d’un gène

• Les thématiques

COURS n°1

Génétique et Histoire

• La plupart des découvertes scientifiques qui vont servir à ce cours découlent des 2 derniers siècles. – La matière est composée d’atomes…(Rutherford, 1903)– La cellule est l’unité de base de la vie des organismes (Schawnn, 1839)– L’acide nucléique joue un rôle dans l’hérédité (Avery, 1944)

• L’association de ces idées avec les découvertes de Mendel et la théorie de Darwin sur la sélection naturelle et l’origine des espèces nous donne maintenant une base plus précise de l’individu, des populations.

• Comment la génétique continue t-elle à affiner cette image?

Introduction à la génétique

Survol historique

• Préhistoire et manipulation génétique…

• Origine de l’Homme, reproduction, héritage– Philosophe grec : Hippocrate, Aristote

• « Humeur », sang, « chaleur vitale »..– La fécondation : Il est impossible qu’un naisse de deux…– Œuf, embryogénèse, stade adulte – Époque romaine, moyen âge et dogmes religieux – Conflit entre théories de néogénèse et d’individu préformé– 1800, Dalton (atome), Schleiden et Schwann (l’unité cellule) Le délitement des théories sur la génération spontanée et de l’immobilisme

des espèce…- L’imprégnation

Voir : L’hérédité avant la génétique. P LherminierMédecine et Science n°3 vol 14 mars 98


Les prémices de la génétique• 1859: Darwin, l’origine des espèces/ la

sélection naturelle– Toutes les espèces dérivent les unes des autres…– Absence des bases génétiques de variations et

d’hérédité• 1866: Mendel, publication des résultats de

Mendel finalement reconnue par le monde scientifique le siècle suivant!– Egalité de la contribution des deux parents dans la

transmission de l’hérédité


Une mémoire biologique autonome..

La génétique a du affronter et affronte bien des obstacles….

psychique, vue, imagination, réminiscence logique, liquide par mélange, mécanique par emboitement, moule intérieur, particulaire par pangénèse, non hérédité de l’acquis, saut de génération, variation individuelle etc…

Début du 20ème siècle : naissance de la génétique

• 1902: Sutton et Boveri, chromosomes et hérédité– L’hérédité dépend de l’information génétique

contenue dans les gamètes produits par chaque individu

• 1903 Hugo de Vries, théorie de l’évolution par mutations, redécouverte des lois de Mendel

• 1909-1930: Morgan, Sturtevant: cartographie des gènes sur les chromosomes…


Début du 20ème siècle : naissance de la génétique

• 1928: Griffith, La transformation bactérienne

• 1940 Beadle et Tatum, décryptage des voies de biosynthèse..

• 1944: Avery Mac Leod, l’ADN est le support de l’information génétique

• 1953: Watson et Crick: Structure de l’ADN…


20ème siècle : la génétique devient une discipline incontournable

• 1960: Jacob et Monod: La régulation génique

• 1970: explosion du génie génétique, avec la manipulation de l’ADN

• 2000: Séquencage de génomes• Bactéries ~4000 gènes• Drosophile ~14000 gènes• Homme ~ 30000 gènes

• Comment expliquer la diversité avec si peu de gènes ? le modèle du Lego


Génétique et société :l’eugénisme

• L’impact de cette discipline est énorme sur la société

• 1883: Galton UK • 1907 : aux US, loi promulguant la stérilisation des idiots,

criminels etc.. poursuivie jusqu’aux années 1940!!• L’immigration en provenance de certaines régions du monde était

aussi limitée pour ces mêmes « faux arguments »

• L’Allemagne Nazie a poussé à l’extrême cette politique basée sur de faux arguments scientifiques conduisant aux drames de l’holocauste…


Génétique et société :l’eugénisme

Néo eugénisme:Création d’une Banque de sperme de donneurs

sélectionnés en fonction de leur valeur intellectuelle et morale.

L’article 511.1 du Code pénal « Le fait de mettre en œuvre une pratique eugénique tendant à l’organisation de la sélection des personnes est puni de vingt ans de réclusion criminelle. »

Génétique et société : l’agriculture

• L’agriculture continue de bénéficier des avancées de la génétique

• Augmentation de rendement, de résistance aux prédateurs naturels, de qualité recherchée…

• 60% de la nourriture Nord Américaine contient des OGM• Débat controversé sur l’utilisation de plantes transgéniques.


Génétique et société :Médecine

• Depuis les années 1950, la médecine bénéficie d’avancées importantes• Caractérisation de maladies génétiques (10 M de personnes sont

atteintes aux US. On estime à 3% ce risque à la naissance)• Tous les cancers ont une base génétique et parfois héréditaire.• Développement de méthodes de détection et de traitements.• Transfusion sanguine et transfert d’organes• Production de médicaments: Insuline, hormone de croissance,

interféron, vaccins…• Clonage et étude d’allèles responsables de maladies…ouverture vers de

futures thérapies.


Génétique, société et éthique• Aide à la procréation FIV:10 % des couples rencontrent des difficultés. Dans plus 1/3 des cas, l'infertilité masculine en est la source

• Recherche de paternitéEntre 250 et 400 € mais… totalement illégal Autorisée uniquement à la demande d’un juge en France.

• Clonage, Génotypage sur fœtus Science fiction ou non?


Prix Nobel, quelques dates…• 1933 MORGAN Théorie des chromosomes• 1958 BEADLE et TATUM Contrôle génétique des processus biochimiques• 1958 LEDERBERG Recombinaison génétique chez les bactéries• 1962 CRICK, WATSON et WILKINS double hélice de l’ADN• 1965 JACOB, MONOD et L’WOFF Régulation de l’expression génique• 1966 ROUS Induction viral du cancer chez le poulet• 1968 KHORANA et NIRENBERG Code génétique• 1969 DELBRUCK, HERSHEY et LURIA Mécanisme de réplication et structure génétique du

bactériophage• 1970 BORLAUG Amélioration génétique du blé mexicain• 1975 BALTIMORE, DULBECCO et TEMIN Génétique moléculaire de virus tumorigènes• 1983 McCLINTOCK Élément génétique mobile• 1985 BROWN et GOLDSTEIN Régulation génétique du métabolisme du cholestérol• 1987 TONEGAWA Bases génétiques de la diversité des anticorps• 1989 BISHOP VARMUS Rétrovirus, oncogène et cancer• 1995 LEWIS,NUSSLEIN-VOLHARD et WEISCHAUS Génétique du développement chez la drosophile• 2001 HARTWELL, NURSE et HUNT Découverte des gènes contrôlant le cycle cellulaire• 2002 BRENNER HORVITZ et SULSTON Régulation génétique du développement des organes,

et programmation de la mort cellulaire.


Définitions• Qu’est ce que la génétique ?

– Étude de l’information héréditaire et de ses variations.

• individu, population, espèces..

– Analyse moléculaire, Régulation génique• Cellule, organe, individu, population…

– Génomique: masse de données, informatique et mathématiques, intégration de réseaux…


Définitions

• Qu’est ce qu’un gène ?– Peut être défini comme une unité d’information

associée à une fonction.

• Qu’est-ce qu’ un chromosome ? un allèle, un génotype, un phénotype…

• Qu’est-ce qui est à la source des variations ?

Introduction à la génétique Le support de l’information génétique

• La structure

• La structure offre un avantage clé pour sa réplication…

Information génétique et pérénité

La nature chimique de l’ADN et sa fragilité

• Toute molécule chimique est susceptible de subir des altérations.

• Le support de l’information génétique ne déroge pas à ce constat

• L’altération de l’information génétique est à la source de l’évolution du monde vivant.

• Le changement d’information génétique : la mutation


Les altérations de l’ADN• Notre planète est constamment bombardée par des rayonnement

à haute énergie.– Rayons γ, β, X

• Notre environnement est chargé en agents chimiques agressifs naturels ou synthétisé par l’homme pouvant modifier la structure de l’ADN, classés comme agent mutagène/cancérigène..

www.inrs.fr

Ex: On estime qu’environ 10000 bases purines se décrochent spontanément en 24 h par cellule à 37°C.


Passage de l’altération à la mutation

ATGCTACG

ATGCTACG Réplication

ATTCTAAG

Réplication

Réplication

ATGCTAAG

ATGCTACG

ATGCTAAG

ATGCTACG

ATGCTACGIl faut 2 séries de réplication pour

établir une mutation.

*

*

*MUTATION


Les mutations

• La mutation ponctuelle– La transition correspond au changement d’une purine en une autre

purine ou bien d’une pyrimidine en une autre pyrimidine.

– La transversion correspond au changement d’une purine en pyrimidine ou inversement.

• La délétion: correspond a la perte d’une ou plusieurs paire(s) de bases.

• L’insertion : correspond a l’addition d’une ou plusieurs paire(s) de bases


Les mutations et leurs conséquences

• Le changement d’information sur une molécule d’ADN peut passer totalement inaperçu comme il peut changer de manière radicale le porteur de cette nouvelle information.

• Les mutations peuvent être définies comme délétères ou bénéfiques. Perte de fonction ou Gain de fonction


Les stratégies de maintien de l’information génétique

• Les organismes vivants ont adopté différentes stratégies pour conserver leur patrimoine génétique.

• Les barrières de protection

• Les copies de sauvegarde

• Les systèmes de réparation des altérations de l’ADN

• La taille du réservoir de la population et sa richesse


Le patrimoine gLe patrimoine géénnéétique en tique en ééquilibre prquilibre préécairecaire

Maintien de l’information

Destruction de l’information




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Accumulation de mutationsMoteur évolutif


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