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VI- Les variations de lADN
Concernent aussi bien les cellules somatiques
que germinales
Permettent lvolution du contenu des chromosomes
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A- Les mutations : modifications
non systmatises
VI- Les variations de lADN
Les systmes de rparation peuvent :
dfaillir et laisser passer une mutation
tre impuissants quand par exemple certaines modifications de
bases ne sont reconnues par
aucune enzyme
La mutation ne sera pas rpare et va se transmettre
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3
B- La recombinaison
VI- Les variations de lADN
La recombinaison implique lchange physique de rgions
correspondantes dans des molcules
dADN
Aboutit la formation dADN double brin contenant des rgions
provenant de duplex
parentaux diffrents relis par un segment
hybride dans lequel un brin provient de chaque
parent
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Permet :
le brassage des gnes et donc de garder les allles
favorables et dliminer un allle dfavorable
A lieu entre des squences correspondantes
touche plusieurs paires de bases
Trois types de recombinaison:
Recombinaison homologue : raction entre des squences homologues
dADN : recombinaison homologue ou gnralise
Eucaryotes : mose
Recombinaison site-spcifique : ractions impliquent des squences
spcifiques
Transposition (voir plus loin)
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Etapes
La recombinaison dbute par une coupure
double brin par une endonuclase dans la
molcule dADN dite receveuse
Etapes (2)
Puis largissement de la brche par une
exonuclase extrmits 3OH simple brin
3
5
5
35
3 5
3
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Etapes (3)
L extrmit 3 de lADN receveur migre jusqu lautre duplex
(donneur)
Boucle D
3
Etapes (4)
La synthse rparatrice ralise partir de lextrmit
3 libre dplace un brin dans la rgion de la brche
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Etapes (5)
Le brin dplac migre jusqu lautre duplex
Etapes (6)
La synthse rparatrice dADN dbute partir de lautre extrmit 3
La brche est remplace par une squence
provenant du donneur
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Etapes (7)
La migration rciproque produit un double
crossing-over
Un ADN hybride est form chaque extrmit
de la rgion implique dans lchange
Entre les segments hybrides, rgion
correspondant la brche qui contient prsent
la squence de lADN du donneur dans les deux
molcules
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LADN, dans lequel a lieu la coupure,
incorpore la squence du chromosome quil
envahit;
do sa dnomination de receveur
a) Chez E. coli
Existence de points chauds qui stimulent la
recombinaison
Ces sites ont une structure asymtrique de 8pb
5 GCTGGTGG 3
3 CGACCACC 5
Squence chi
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Prsence de squence chi toutes les 5 10 kb
Stimule la recombinaison dans son voisinage
jusqu 10 kb de son site
Active par une coupure double brin du ct
droit de la squence
Les sites chi sont la cible dune enzyme code par les gnes
RecBCD
Le complexe RecBCD se fixe sur lADN du ct droit de chi se dplace
le long de lADN en le droulant (activit hlicase) dgradation du
simple brin qui possde lextrmit 3
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Quand atteint la squence Chi, marque une
pause dissociation ou inactivation de lactivit nuclasique
(RecD)
Rec A sempare de lextrmit 3 simple brin libre et empche sa
rassociation avec le brin
complmentaire
Puis Rec A permet la reconnaissance de la
squence homologue ainsi que sa
dstabilisation formation des htroduplexes entre deux squences
homologues
Puis libration RecA
Mcanismes dachvement inconnus
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b) Chez lhomme
Recombinaison gnrale mal connue
Seules donnes concernent la recombinaison
motique
b) Chez lhomme (2)
Les chromosomes homologues sapprochent lun de lautre
Ils sapparient en une ou plusieurs rgions jusqu un contact sur
toute leur longueur
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b) Chez lhomme (3)
Le complexe synaptonmal (chromosomes
apparis) serait la consquence de linitiation de
la recombinaison par des coupures double brin
et de leur conversion en intermdiaires pour des
tapes ultrieures de recombinaison
Echanges ce niveau
b) Chez lhomme (4)
Recombinaisons indispensables pour le bon
droulement de la mose : une soixantaine par
mose large brassage dinformation
gntique modification des assortiments
dallles
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C- La conversion gnique
VI- Les variations de lADN
Recombinaison homologue : Echange de
fragment entre chromosomes homologues dont
les squences peuvent diffrer au niveau de
quelques nuclotides = 2 allles diffrents
Les htroduplex obtenus peuvent donc
prsenter de mauvais appariemments ou des
non appariemments entre des squences
proches ou entre squences allliques
(mismatch)
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Ces mauvais appariements sont reconnus par
des systmes de rparation
Lors dun vnement de rparation, le systme de rparation doit
choisir lequel des brins servira
de modle et lequel des deux sera rpar
Ce choix sera fait au hasard
On parle de conversion gnique lorsque,
lissue de la rparation, on obtient deux allles identiques alors
quau dpart, il y avait deux allles diffrents
Conversion dun allle en lautre
-
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D- La recombinaison ingale
VII- Les variations de lADN
Un gne prsent en plusieurs copies sur chaque
chromosome dune paire
Des vnements de recombinaison homologue
peuvent se produire entre ces deux
chromosomes , entre nimporte quelle copie du gne sur un des
chromosomes et nimporte quelle autre sur lautre
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La longueur de fragments changs peut tre
diffrente sur chaque chromosome =
recombinaison ingale
Un des chromosomes aura un nombre suprieur de copies
Lautre un nombre plus faible
Consquence
Si laugmentation du nombre de copies confre
un avantage slectif aux cellules elles seront
slectionnes et le nombre de copies va
augmenter avec les gnrations
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E- Les transposons
VI- Les variations de lADN
Les lments transposables ou transposons
sont des squences mobiles du gnome = elles
sont capables de se transporter elle-mme
dautres endroits du gnome
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Caractristiques
Possdent des rptitions inverses au niveau
de leurs extrmits et crent des rptitions
directes dune courte squence dans leurs sites dinsertion
Chez procaryotes et eucaryotes
Caractristiques (2)
Possdent dans leur structure les gnes codant pour
les protines ncessaires leur insertion
Dans certains cas, ncessit de protines cellulaires
Evnement rare
Ne sont jamais libres et individualiss dans la cellule
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Exemple : les squences dinsertion (IS) de E. coli
Forme la plus simple
Une squence centrale qui dfinit le type de
squence IS
Longueur variable : proche de 1 kb
Exemple : les squences dinsertion (IS) de E. coli (2)
Extrmits:
Squence identique de 15 25 kb dont les
orientations sont inverses : rptitions terminales
inverses
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Exemple : les squences dinsertion (IS) de E. coli (3)
Lors de linsertion de lIS, 1 petite fraction de
lADN cible est duplique et lIS est insre entre
les deux copies qui portent le noms de
rptitions directes (courtes : 4 10 pb)
ADN cible de linsertion
CGCTC
GCGAG
5
Elmnts IS
Voir Schma
-
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Mcanisme chez les bactries
ADN cible coup sur chaque brin aux extrmits
de la squence cible bouts cohsifs entre
lesquels le transposon est positionn
Catalys par la transposase
Mcanisme chez les bactries (2)
Transposition avec rplication du transposon
Le transpos positionn est rpliqu
La nouvelle copie sinsre au niveau de lADN cible
Lancienne reste sur place
Rle de la rsolvase
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Mcanisme chez les bactries (2)
Transposition conservative
Le transpos transfr dans lADN cible
Le site donneur est dlt
la rsolvase achve le travail
eucaryotes
Mal connu chez lhomme
Drosophile
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F- Les rtrotransposons
VI- Les variations de lADN
Nexiste que chez les eucaryotes
Certaines squences ont des caractristiques proches de celles des
transposons + caractristiques des rtrovirus
Proviennent vraisemblablement de la rtrotranscription des
rtrovirus : rtrotransposons
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Transcrit en un ARN de structure proche de celle de
rtrovirus
Rtrotranscription par la transcriptase inverse ADN complmentaire
intgration
Semblent contenir les gnes ncessaires la transcription
inverse
A- En fonction de leur nombre de
copies
VII- Classification des gnes
-
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A- En fonction de leur nombre de
copies
1) Gnes uniques ou quasi
uniques
VII- Classification des gnes
Gnes uniques
Grande majorit des gnes
Squences CAAT souvent absentes
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Gnes uniques (2)
Certains ont t dupliqus deux copies
2 copies interchangeables : gnes a-globine
Les 2 copies ont diverg 2 protines diffrentes
aux proprits proches (expression de lune ou de
lautre en fonction de lontogense ou de lorgane)
A- En fonction de leur nombre de
copies
2) Familles de gnes
VII- Classification des gnes
-
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28
Famille de gnes = prsence de squences
apparentes dans les exons de chacun des
gnes de la famille
Famille de gnes
Les familles de gnes voluent par duplication
dun ou de plusieurs gnes suivie dune
divergence entre les exemplaires au cours de
lvolution
Consquence : srie de gnes codant pour des
protines analogues
-
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Famille de gnes (2)
Lexpression de chaque copie dpend du type et
de ltat cellulaire
Exemples :
Famille des gnes globines
Famille des gnes actine
Certains exemplaires deviennent des
pseudognes du fait de mutations inactivantes
-
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30
A- En fonction de leur nombre de
copies
3) Les superfamilles de gnes
VII- Classification des gnes
Superfamille de gnes
Analogue au prcdent mais plus prcoce au
cours de lvolution divergence +++ des
diffrentes copies du gne difficile de
mettre en vidence la relation entre les gnes
Ce qui est conserv cest la structure tertiaire de
lunit de base
-
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Superfamille de gnes (2)
Exemples
Superfamille des immunoglobulines
Gnes codant pour les immunoglobulines
Gnes codant pour les rcepteurs T
Gnes codant pour les protines dhistocompatibilit
Drivent du mme motif ancestral
B- Les gnes domestiques
(House keeping genes)
VII- Classification des gnes
-
21/09/2010
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Les gnes domestiques
Codent pour des protines ubiquitaires
indispensables la survie de chaque cellule
Exemple
Gnes des enzymes de la glycolyse
Gnes des enzymes de la respiration
Les gnes domestiques (2)
Caractriss par :
Un taux de transcription en gnral faible et continu
Absence de TATA box
Grande richesse en doublets CG hypomthyles
La prsence dans les rgions 5 non codantes dune ou
plusieurs botes GC = sites potentiels de fixation pour le
facteur de transcription sp1
-
21/09/2010
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Les gnes domestiques (3)
Ces particularits ne sont pas obligatoires
C- Les pseudognes
VII- Classification des gnes
-
21/09/2010
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Les pseudognes
Ces squences possdent une grande
homologie de squence avec des gnes
fonctionnels
Mais ne sont pas fonctionnels (ni transcrits, ni
traduits)
Les pseudognes (2)
Non fonctionnalit lie :
Labsence de cadre de lecture ouvert (excs de
codons stop)
Absence de codon dinitiation
Ou labsence de rgions promotrices
-
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Les pseudognes (3)
2 types de pseudognes en fonction de leur mode de
cration :
Cration par duplication de gnes ayant perdu leur
fonctionnalit pseudognes avec intron
Cration par introduction dans le gnome dun rtrotranscrit
pas de promoteur, pseudognes sans intron
Les pseudognes (4)
Taux lev de mutations
-
21/09/2010
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A- LADN peut subir une grande varit de lsions
VIII- Les pathologies de lADN
Macrolsions ou rarrangements : touche des
rgions tendues
Lsions minimes : microlsions
-
21/09/2010
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A- LADN peut subir une grande varit de lsions
1) Les macrolsions
VIII- Les pathologies de lADN
a) Types de lsions
Dltions : excision dun segment dADN avec rtablissement de la
continuit de la molcule dADN Perte de matriel de taille
variable
Intrt +++ pour la cartographie des gnes
Duplication dun segment plus ou moins long dADN.
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a) Types de lsions (2)
Amplification : multiplication soit en tandem, de
squences normalement uniques. Peut lexpansion +++ dune mme
squence mini chromosomes surnumraires au caryotype
Fusion de gnes : cas particulier de
rarrangements
a) Types de lsions (3)
Fusion de gnes : cas particulier de rarrangements
Double cassure dans deux gnes transposition de lun dans lautre
sur le mme chromosome ou sur deux chromosomes diffrents
Si concerne 2 chromosomes diffrents : translocation dtectable
par cytogntique
(caryotype)
Les 2 gnes ont soit la mme orientation, soit une orientation
oppose
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21/09/2010
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a) Types de lsions (4)
Inversion de gnes : changement dorientation tte bche dun segment
plus ou moins long dADN
Insertion : introduction dans un gne dune squence soit mobile,
soit virale
b) Dterminisme des lsions
Accident de recombinaison motique
Recombinaison ingale :
- dltions et duplications
-Explique en grande partie lvolution des gnes (familles et
superfamilles de gnes partir dun gne ancestral
- Changements quantitatifs
- Conversion gnique changements qualitatifs
-
21/09/2010
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A- LADN peut subir une grande varit de lsions
2) Les microlsions
VIII- Les pathologies de lADN
Microlsions
Dues laction de facteurs physiques ou
chimiques, endognes ou exognes
Les lsions sont le plus souvent rpares
Sinon retrouves dans la rplication suivante
-
21/09/2010
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Microlsions (2)
Responsables de mutations ponctuelles (cause
la plus frquente de maladies gntiques), de
substitutions, de suppressions, daddition de
bases
Dterminismes des microlsions
Erreur de rplication
Erreur de rparation
Dpurination spontane
Dsamination spontane
-
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A- LADN peut subir une grande varit de lsions
3) Les insertions dlments mobiles
VIII- Les pathologies de lADN
Elments mobiles lintrieur dun gne
Certains cas dhmophilie : insertion de
squences LINE dans lexon 14 du gne codant
pour le facteur VIII
Rtrotransposition
-
21/09/2010
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B- Les consquences
VIII- Les pathologies de lADN
B- Les consquences
1) Sur les rgions non codantes
VIII- Les pathologies de lADN
-
21/09/2010
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Sur les rgions non codantes
Rares perturbation de lexpression
Peu dexemples
B- Les consquences
2) Dans les rgions codantes
VIII- Les pathologies de lADN
-
21/09/2010
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a) Mutations faux-sens
Modification signification dun codon
possibilit de modification dun acide amin de la
protine consquences variables selon la
nature et lemplacement
a) Mutations faux-sens (2)
Mutations sur codon stop poursuite de la
traduction jusquau prochain stop longation
chane polypeptidique
-
21/09/2010
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b) Mutations non-sens
Formation dun codon stop interruption de la
traduction +/- tt souvent non expression de
la protine finale
c) Mutations iso-smantique
Modification de la squence sans modification
de la signification dun codon mutations
silencieuses
-
21/09/2010
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B- Les consquences
3) Mutations perturbant le cadre
de lecture
VIII- Les pathologies de lADN
Insertion ou dltion dune taille non multiple de trois dans un
exon modification du cadre de lecture
souvent codon non-sens prmatur
Si en rgion 3 allongement jusqu un stop
-
21/09/2010
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Si multiple de trois pas de dcalage du cadre de lecture :
Exemple : mutation F508 de la mucoviscidose suppression dune
Phe
B- Les consquences
4) Mutations perturbant lpissage
VIII- Les pathologies de lADN
-
21/09/2010
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Si touche une rgion consensus dpissage :
exon en amont du site donneur mut ou rgion
en aval du site accepteur mut est limin
Possibilit de modification du cadre de lecture
interruption prmature de la traduction si les
exons restant ne sont pas en phase
protine tronque
Valeur fonctionnelle fonction de la nature du domaine
manquant
Instabilit ARNm et/ou Protine
-
21/09/2010
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B- Les consquences
5) Fusion de gnes par
translocation
VIII- Les pathologies de lADN
Si fusion respecte le cadre de lecture gne
chimre protine chimre
Niveau dexpression et la spcificit dpendent
des squences restes en 5
Frquent en pathologie oncologique
(cancrologie)
-
21/09/2010
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B- Les consquences
6) Mutations effet quantitatif
VIII- Les pathologies de lADN
Mutations perturbant quantitativement lexpression du
transcrit primaire et sa maturation
Pathologies des gnes de lhmoglobine (thalassmies)
Mutations dans le promoteur
Mutations du codon dinitiation
Mutations dans les sites dpissage
Mutations dans les sites de polyadnylation
-
21/09/2010
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B- Les consquences
7) Mutations perturbant la
longvit des ARNm
VIII- Les pathologies de lADN
Touchent la stabilit de lARNm
Augmentation stabilit
Ou diminution
-
21/09/2010
53
B- Les consquences
8) Beaucoup de mutations sont
silencieuses
VIII- Les pathologies de lADN
La plupart des mutations introniques si ne
perturbent pas lpissage
Mutations hors des gnes et des squences
rgulatrices
Entranent des polymorphismes
-
21/09/2010
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B- Les consquences
9) Transmission des mutations
VIII- Les pathologies de lADN
Macrolsions non rpares
Mutations ponctuelles fixes
transmission la descendance cellulaire
Si cellule somatique : touche un clone cellulaire : 1 cellule et
sa descendance cellulaire
somatique
-
21/09/2010
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Cellule somatique :
Si la mutation est dfavorable (amoindrissement fonctionnel de la
cellule) le clone va steindre spontanment
Si sans effet le clone se dilue et passe inaperu
Si effet favorable sur croissance et prolifration avantage
slectif peut samplifier : un des vnements lorigine des cancers
Cellule germinale
Se retrouve dans gamte
Si utilis pour fcondation transmission la descendance
Htrozygote (autosome)
Li lX
Htrozygote : sexe fminin
Hmizygote : sexe masculin
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Mutation de novo:nomutation
Non retrouves dans les gnrations antrieures
C- La frquence des mutations
VIII- Les pathologies de lADN
-
21/09/2010
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Procaryotes :
Moyenne : 10-5 10-6 :taux de mutations spontanes par locus et
par gnration
Eucaryotes
Pas dindications
Nest pas le mme pour tous les gnes
Fonction de leurs structures
D- Consquences pathologiques
des mutations
VIII- Les pathologies de lADN
-
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Maladies monogniques :
monoalllisme
Un gne 1 allle 1 maladie
Monomorphisme molculaire
Diagnostic spcifique
Exemple: la drpanocytose
Polyalllisme
Diversit molculaire des mutations lorigine dune pathologie
Myopathies
b-thalassmies
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21/09/2010
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Non alllisme
Plusieurs gnes candidats :
Atteinte alternative dun seul gne parmi plusieurs candidats
Maladies polygniques
Diabte sucr
Hypertension artrielle
Maladies multifactorielles
Notion de terrain, de prdisposition, de formes
familiales, denvironnement
Dfi pour la biologie molculaire
