UE Génétique médicale – Pr Copin
Typeur : Marine Hunaut
Empreinte génomique(ou parentale)
Introduction
-
Dans chaque cellule de l’organisme, il existe 2 copies de chaque gène : l’une héritée du père,
l’autre de la mère.
La plupart des 2 copies (2 allèles) s’expriment : expression biallélique… (mais ce n’est pas le cas
pour tous les gènes).
DEFINITION :
- Un gène soumis à empreinte génomique a son expression qui dépend de son ORIGINE PARENTALE
(paternelle ou maternelle).
- Un seul des 2 allèles du gène soumis à empreinte s’exprime : l’expression est dite monoallélique.
- ATTENTION : différent de l’empreinte génétique :
o But : identification, filiation.
o Assortiments d’allèles mis en évidence par l’utilisation de sondes explorant plusieurs
locus hautement polymorphes (mini-satellites et microsatellites).
o Caractéristique de chaque individu.
o C’est la carte d’identité génétique (DNA finger printing).
Exemple du mulet et du Bardot (connu depuis longtemps des éleveurs) :
- Croisement d’un âne (baudet) et d’une jument = MULET.
- Différent du croisement d’une ânesse et d’un cheval = BARDOT.
Expérience chez la souris :
Œuf contenant 1 pronucléus mâle (spz) et 1 pronucléus femelle (ovocyte) (cas habituel) : donne
une souris normale.
- Œuf contenant 2 pronucléus femelle = œuf gynogénote => le placenta est très peu développé,
l’embryon de grande taille meurt rapidement.
- Œuf contenant 2 pronucléus males = œuf androgénote => le placenta est très développé,
l’embryon de petite taille, meurt rapidement.
- CONCLUSION :
o Nécessité de la participation des 2 génomes (mâle et femelle).
o Le génome femelle favorise le développement fœtal.
o Le génome male favorise le développement des annexes.
-
I-
Mécanisme de l’empreinte parentale
L’inactivation est due au moins en partie à la méthylation d’ilots CpG correspondant aux allèles
qui ne seront pas exprimés.
Cette inactivation a lieu pendant la gamétogénèse.
Il s’agit d’un phénomène EPIGENETIQUE (ne touche pas directement le génome, mais son
environnement).
1) Bases moléculaires
GENETIQUE : étude des caractères portés par les gènes et codés par l’ADN.
EPIGENETIQUE : étude des caractères, tel les changements de transcription des gènes, sans
modification de la séquence d’ADN, transmissible au cours des divisions cellulaires (en général
réversible).
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Le code génétique, mais aussi le code épigénétique doivent être déchiffrés correctement pour un
bon fonctionnement des cellules de l’organisme.
Les vrais jumeaux ont une séquence d’ADN identique, mais un épigénome différent.
MECANISMES:
- 2 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.
- 3 conditions OBLIGATOIRES :
o Etre établis durant la gamétogénèse.
o Etre spécifique, stable et transmissible au cours des divisions cellulaires.
o Etre effacé au niveau des cellules germinales.
-
-
2) La méthylation
Définition ilots CpG : Chez les mammifères, la méthylation des résidus Cytosine précède un résidu
Guanine
Les promoteurs des gènes soumis à empreinte contiennent des ilots CpG :
o S’ils sont méthylés, alors la copie est INACTIVE.
o S’ils sont déméthylés, alors la copie est ACTIVE.
L’ADN-méthyltransférase (DNMT1) maintient les profils de méthylation au cours des divisions
cellulaires.
Exemple d’un gène soumis à empreinte dont l’origine paternelle est active :
Dans les cellules somatiques de l’homme et de la femme : empreinte identique, ici seul l’allèle
d’origine paternel est actif.
- Dans les cellules germinales : l’empreinte est EFFACEE et la nouvelle empreinte est donnée
conformément au sexe de l’individu.
- A la génération suivante, quelque soit le chr transmis, l’empreinte est conforme au sexe du
parent.
-
3) Hypométhylation
- L’incorporation de 5-aza-cytidine rend la méthylation impossible et active la transcription des
cellules en culture.
- L’ADN des cellules cancéreuses dont la transcription est très active est largement hypométhylé.
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4) Modification des histones
- La région NH2 terminale des histones est accessible à l’extérieur du nucléosome.
- Il y a une modification sur cette région :
o ACETYLATION : favorise l’expression des gènes (HAT) / Déacétylation (HDAC).
o METHYLATION : réprime l’expression des gènes (HMT).
o PHOSPHORYLATION: fonction inconnue.
II-
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Exemples en pathologie humaine
1) Môle hydatiforme
Grossesse pathologique (avortement dès le 2ème mois), on retrouve :
o Des villosités choriales oedémato-kystiques.
o Des tissus embryonnaires quasiment absents.
2) Sd de Prader-Willi et Sd d’Angelman
a) Sd de Prader-Willi
Fréquence : 1/15000 naissances.
Se caractérise par :
- Hypotonie néonatale (+++).
- RM.
- Hypogonadisme hypogonadotrophique.
- Visage caractéristique.
- Mains et pieds courts.
- Hyperphagie +++ (pas à la naissance, vient vers 2-3 ans).
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Mécanisme cytogénétique :
Absence de contribution paternelle aux gènes présents ds la région 15q11-13 par :
o Délétion sur le chr d’origine paternelle (70%).
o Disomie uni-parentale : les 2 chr 15 sont d’origine maternelle (28%).
 Isodisomie : même chr parental en double exemplaire.
 Hétérodisomie : les 2 chr homologues du même parent.
o Anomalie de méthylation en 15q11-13 sur le chr d’origine paternelle (2%).
 Détection de la méthylation de l’ADN : enzyme de restriction sensible à la
méthylation. Ne coupe que s’il n’ya pas de méthylation.
 Anomalie de méthylation : Endonucléase de restriction Hpall coupe CCGG que si
non méthylée/ Msp1 est insensible à cette méthylation / Mise en évidence en
southern-blot.
b) Sd d’Angelman
Fréquence : 1/20 000 naissances.
Se caractérise par :
- RM sévère.
- Absence de langage, mais accès de rires inappropriés.
- Microcéphalie.
- Ataxie.
- Parfois hypo-pigmentation.
- Epilepsie (EEG caractéristique).
Mécanisme cytogénétique :
- Absence d’expression du gène UBE3A dans le SNC.
- Normalement, seule la copie maternelle est active dans le SNC (alors que expression biallélique
dans les autres tissus).
- Plusieurs mécanismes d’absence de contribution maternelle.
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Délétion (70%).
DUP (5%).
Mutation UBE3A (20%).
Mutation centre d’empreinte (5%).
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c) Région commune aux 2 Sd
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La région commune aux 2 Sd = 1000 à 1500 kb.
Loci impliqués dans le PW : D15S63 (sonde PW71) et SNRPN (Small Nuclear RiboNucleoProtein).
Loci dans l’A : D15S10 (gène UBE3A).
3) Sd de Beckwith-Wiedemann
Fréquence : 1/14 000 naissances.
Se caractérise par :
- Gigantisme.
- Viscéromégalie.
- Macroglossie.
- Omphalocèle (hernie ombilicale).
- Poids et taille de naissance excessifs.
- Hémi-hypertrophie.
- Indentation du lobule des oreilles.
- Hypoglycémie néonatale.
- Néphroblastome.
- …
Mécanisme cytogénétique :
- 4 gènes clés impliqués :
o H19 et CDKN1C.
o IGF2 et KCNQ10T1.
- 25-50% des patients : expression biallélique d’IGF2.
- Rares cas : hyperméthylation d’H19 entraine une expression d’IGF2 d’origine maternelle.
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Expérience chez la souris :
o Région distale du chr 7 de la souris = homologue du 1/3 moyen du bras court du chr 11
humain.
o Si on fait une duplication paternelle de la partie distale du chr 7, alors gigantisme…
Conclusion
- La différence fonctionnelle entre certains allèles maternels et paternels peut être à l’origine de
pathologies qui peuvent reposer sur des mécanismes différents :
o Microdélétion.
o DUP (disomie uniparentale).
o Anomalie du centre d’empreinte.
o Mutation génique.
- Un même mécanisme (ex microdélétion d’un chr) peut être à l’origine de pathologies différentes
selon qu’il touche le chr d’origine maternelle ou d’origine paternelle.