Causes de l`empreinte génomique - Cours de PCEM2 2009/2010 à
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Cytogénétique – Dr S. Kanafani L’EMPREINTE GENOMIQUE - - Dans chaque cellule de l’organisme il u a deux copies pour chaque gène : o Une héritée du père : pat. o L’autre héritée de la mère : mat. C’est l’expression biallélique : les deux allèles, paternel et maternel s’expriment dans la cellule. Définition - Un gène soumis à empreinte génomique a son expression qui dépend de son origine parentale : maternelle ou paternelle. L’empreinte génomique existe entre autres chez les mammifères dont l’espèce humaine. Pas tous les gènes sont soumis à empreinte ; juste des régions de quelques chromosomes. Il y a empreinte génomique quand l’expression diffère selon que l’allèle exprimée est maternel ou paternel. Quand un seul des deux allèles du gène soumis à empreinte s’exprime, l’expression est monoallélique. Certaines régions de quelques gènes sont différentes selon l’origine parentale maternel ou paternel. Exemple en 15q11q13 et 11p13. Les chromosomes 1, 3, 4, 5, 9, 10, 13, 17, 18, 19, 21, 22, XX, XY ne seraient pas soumis à empreinte génomique. Exemple d’empreinte génomique (mammifère) : le mulet et le bardot - Les éleveurs savent depuis longtemps que le croisement : âne + jument = mulet. Il est différent du croisement : ânesse + cheval = bardot. Les mulets et la mule sont stériles. Le mulet brait comme un âne et a pris de l’âne la robustesse, la rusticité et le calme ; il a pris du cheval la force et sa taille. Le barbot et la bardote sont stériles. Expériences chez les souris - - - Le pronucléus mâle (spermatozoïdes) + 1 pronucléus femelle (ovocyte) = souris normale. Deux pronucléi mâles sans pronucléus femelle = œuf androgénote. o Embryon de petite taille, meurt rapidement. o Placement très développé. Deux pronucléis femelles sans pronucléus mâle : œuf gynogénote. o Placenta non développé. o Embryon de grande taille, meurt rapidement. Nécessite de la participation des deux génomes mâle et femelle, pour un développement normal de la souris. o Le génome femelle favorise le développement fœtal. o Le génome mâle favorise le développement des annexes : placenta. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Cytogénétique – Dr S. Kanafani Causes de l’empreinte génomique - Microdélétions de régions chromosomiques soumis à empreinte, donne une pathologie différente selon qu’elle touche un chromosome d’origine maternelle ou paternelle. Mais aussi inactivation géniques sur l’ADN : o Anomalies de méthylation et épigénétique. o Disomies uniparentales (DUP). o Anomalies du centre d’empreinte. o Mutations de gènes. Rappel – l’ADN humain - - Le nombre absolu de gènes dans le génome humaine est passé de 80 000 il y a 15ans, à 30000 puis à environ 20000. C'est-à-dire pas plus qu’une « souris », bien moins que certaines plantes. Il n’y a pas que l’ADN codant pour les protéines qui soit utile dans le génome humain : o L’ADN codant pour d’autres structures (ARNt, ARN ribosomaux, micro-ARN, etc.) o Des séquences de régulation de l’expression des gènes. o Des séquences de structuration de la chromatine. o Vrais jumeaux : séquence ADN identique mais épigénome différent. 10% du génome est fonctionnel (dont 1% de gènes protéiques). A l’heure actuelle, on s’accorde à refuser la notion de « junk DNA » (ADN possible). Permettrait de « tamponner » l’effet de mutations ou insertions dans le génome (probabilité moindre que cela arrive dans une séquence codante). Participerait au remodelage et à la complexification des génomes : sources de diversification. Bases moléculaires de l’empreintes génomique - Génétique : étude des caractères portés par les gènes et codés par l’ADN. Epigénétique : compaction ou relâchement de la chromatine entrainant des changements de transcriptions des gènes, sans modification de la séquences d’ADN, transmissible au cours des divisions cellulaires et en général réversible. Mécanismes de l’empreinte génomique - L’inactivation est due au moins en partie à la méthylation d’îlots CpG, dans la région promotrice à l’extrémité 5’ de l’ADN. Cette inactivation a lieu pendant la gamétogenèse, ce qui induit une répression d’allèles de gènes qui ne seront pas exprimés. Il s’agit d’un phénomène d’épigénèse. Bases molécules de l’empreinte génomique - Parmi les mécanismes principaux par lesquels l’épigénome règle l’expression génétique : o La méthylation de l’ADN. o Le compactage de la chromatine contrôlé par les histones. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Cytogénétique – Dr S. Kanafani Méthylation – déacétylation - Chez les mammifères, la méthylation se fait sur des résidus cytosines qui précédent un résidu guanine (îlots CpG). Déméthylation CpG/Acétylation des histones (région NH2) favorisent l’expression des gènes. Méthylation CpG / Déacétylation des histones répriment l’expression des gènes. L’ADN des cellules cancéreuses dont la transcription est très active est largement hypométhylé. Cytosines des dinucléotides CpG - Les promoteurs des gènes soumis à empreinte contiennent des îlots CpG : o Etat méthylé inactif chromatine compactée. o Etat déméthylé actif : chromatine relâchée. Modification des histones - La région NH2 terminale des histones est accessible à l’extérieur du nucléosome. Modification sur cette région. Détection de la méthylation de l’ADN. Une enzyme de restriction sensible à la méthylation : l’ADN n’est coupé que si non méthylation. L’ADN méthyltransférase 1 (DNMT1) maintient les profils de méthylation au cours des divisions cellulaires. Spécifique, stable et transmissible au cours des divisions cellulaires. Différentes enzyems de rescrition - Endonucléase restriction HpAII coupe CCGG si non méthylation (met). Msp1 est insensible à cette méthylation : coupe si met. Mise en évidence en southern-blot. Disomies uniparentales (DUP) - Présence chez un individu diploïde à 46 chromosomes de deux chromosomes homologues hérités (une même paire), d’un même parent. 2 types de disomie uniparentale (DUP) : o Isodisomie : présence de 2 copies du même chromosome. o Hétérodisomie : présence de 2 chromosomes homologue du même parent. Mécanismes d’apparition d’une DUP - - 3 mécanismes : o Complémentation gamétique. o Duplication du monosomie. o Correction d’une trisomie. Complémentation gamétique : o Taux éledevé d’aneuploPidie dans les gamètes humains. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Cytogénétique – Dr S. Kanafani o Fécondation d’un gamète disomique (à 24 chromosome) pour une paire chromosomique par un gamète nullosomique (à 22chromosome) pour la même paire chromosomique Plutôt hétérodisomie. - Duplication d’une monosomie : o Fécondation d’un gamète monosomique normale à(à 23 chromosomes) pour une paire chromosomique par un gamète nullosomique (à22 chromosomes) pour la paire chromosomique. o Formation d’un zygote monosomique non viable. o Duplication du chromosome présent en un exemplaire, survie du zygote plutôt isodisomie. - Correction d’une trisomie : o Fécondation d’un gamète disomique (à 24 chromosomes) pour une paire chromosomique donnée par un gamète monosomique normale (à 23 chromosomes) pour la paire considéré. o Formation d’un zygote trisomique. o Correction de la trisomie par perte d’un chromosome risque de DUP dans 1/3 des cas. Mise en évidence de la DUP - - Analyse du génotype par utilisation de marqueurs polymorphes microsatellites : o Double contribution de l’un des parents. o Non contribution de l’autre parent. Nécessité de prélever le sujet atteint, et ses deux parents (sang EDTA), et extraction de l’ADN. Détection en biologie moléculaire sur gel : o Isodisomie : même chromosome parental en double exemplaire. o Hétérodisomie : deux chromosomes homologues du même parent. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Cytogénétique – Dr S. Kanafani Intérêt de l’empreinte génomique - Indentification, filiation. Exploration par l’utilisation de sondes de loci hautement polymorphes (minisatellites et microsatellites). Caractéristiques de chaque individu. Carte d’identité génétique. Exemple de l’empreinte génomique en pathologie humaine - Môle hydatiforme. Syndrome de Prader Wili et d’Angelman. Syndrome de Beckwith-Wiedeman. Mole hydatiforme - Grosses pathologique (avortement vers 2ème mois). Villosités choriales oedémato-kystiques. Tissus embryonnaires quasiment absents. Plusieurs possibilités : o Par fécondation dispermique : Un ovocyte est fécondé par deux spermatozoïdes et le pronucléus femelle est perdu. Les deux pronucléus mâles s’unissent pour former un noyau diploïde. o Par fécondation monospermique : Un ovocyte est fécondé par un seul spermatozoïde et le pronucléi féminin est perdu. o Triploïdie : le pronucléi femelle et les deux pronucléus mâles s’unissent. Môle hydatiforme incomplète. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Cytogénétique – Dr S. Kanafani - - L’empreinte génomique de certains allèles maternels et paternels peut être à l’origine de pathologies qui peuvent reposer sur des mécanismes différents : microdélétion, DUP, anomalie du centre d’empreinte, mutations géniques. Une microdélétion d’un chromosome peut être à l’origine de pathologies différentes selon qu’elle touche le chromosome d’origine maternelle ou paternelle. Microdélétion diagnostiquée par FISH. Syndrome de Prader Willi et Angelman - Région commune aux deux syndromes : 1000 à 1500kb. Loci impliqués dans le Prader-Willi : D15S63 (sonde PW71) et SNRPN (Small nuclear ribonucleoprotein). Dans l’Angelman : D15S10 (gène UBE3A). Syndrome de Pader-Willi - Absence de contribution paternelle aux gènes présents dans la région 15q11-q13. Gène spécifiques SNRPN (Small nuclear ribonucleoprotein). 70% délétion paternelle. 25% : disomie uniparentale maternelle. 5% : Anomalie de méthylation en 15q11-q13 sur le chromosome d’origine paternel. 1/15000 naissances. Hypotonie natale. Boulémie et obésité pathologie avec l’âge, si non suivi diététique. Syndrome d’Angelman (AS) - Absence de contribution maternelle aux gènes présents dans la région 15q155-q13. Gène spécifique UEBE3A (ubiquinin-protein ligase E3A). 70% : délétion maternelle. 10 : Disomie uniparentale paternelle. 10% : mutation du gène UBE31. 5% : mutation du centre d’empreinte. 5% aucune anomalie n’est retrouvée. Dans 70% des cas le diagnostique est cytogénétique (avec FISH) et pour les 30% restant il se fait grâce à la biologie moléculaire. 1/20 000 naissances. Retard mental sévère. Absence de langage. Accès de rires non justifiés. Parfois hypo-pigmentation. Epilespsie et Angelman o Complication majeure. o EEG caractéristique : o Activité continue lente et ample rythmique à 4-6Hz. o Activité d’ondes lentes à 2-3 Hz à maximum bifrontal. Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010. Cytogénétique – Dr S. Kanafani Syndrome de Beckwith-Wiedemann (BWS) - - 1/14 000 naissances. Gigantisme : o Grande taille. o Poids excessif. o Organomégalie (macroglossie, omphalocèle, viscéromégalie). Hémi-hypertrophie. Indentation du lobule des oreilles. Hypoglycémie néonatale. Neuroblastome : gène WT1 (Wilms Tumor) en 11p13 syndrome des gènes contigus. BWS – EG en 11p15.5 - - - - En 11p15.5, existent plusieurs gènes soumis à empreinte dont : o IGF2 qui s’exprime à partir du chromome 11 paternel. o H19 à partir du chromosome 11 maternel. o IGF2 stimule la croissance alors qu’H19, qui est transcrit mais pas traduit, a une action inhibitrice. o C’est l’équilibre entre la transcription de ces deux gènes qui assure un développement harmonieux. 25-50% : dup(1)(p15.5)pat = expression bilallélique d’IGF2. En raison de cette duplication qui concerne IGF2 et H19, il y a surexpression d’IGF2 par rapport à H19 (seul IGF2 est transcrit doublement, H19 ne l’est pas puisqu’il, ne s’exprime qu’à partir du chromosome maternel), donc augmentation de la croissance pendant le développement. Rares ces d’hyperméthylation d’H19 qui entraine une expression d’IGF2 d’origine maternelle, ou translocations qui suppriment l’expressiond’H19 Surexpression d’IGF2, puisque H19 n’est plus exprimé, et donc une traduction phénotypique identique à celle de la duplication paternelle. Jamais de dup(11)(p15.5)mat associée à ce syndrome. Jamais de mutation de gènes identifiée. Syndrome de Silver Russel (SRS) - RCIU concernant 2.5 à 5% des naissances. Parmi les RCIU les Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010.
