08/10/2014 GRANDMAISON Johan L2 Génétique Prof

GENETIQUE – Le support de l'information génétique, Structure et fonction du génome
08/10/2014
GRANDMAISON Johan L2
Génétique
Prof. Christophe BEROUD
16 pages
Le support de l'information génétique – Structure et fonction du génome
Le suffixe -omique (très à la mode) désigne le tout concernant un sujet, c'est-à-dire que :
•Génomique désigne tout le génome
•Transcriptomique désigne tous les transcrits
•Protéomique désigne toutes les protéines
•Métabolomique désigne tous les métabolismes
•Lipidomique désigne tout ce qui concerne les lipides
•Etc.
L'information génétique est contenue dans l’ADN, il existe plusieurs molécules d’ADN dans une cellule
humaine, elles sont localisées soit dans le noyau (au niveau des chromosomes) soit dans les mitochondries
(sous forme d'ADN circulaire).
La molécule d'ADN circulaire mitochondrial est constituée de 16 568 paires de bases (pb) et a été séquencée en
1981. C'est un ADN assez simple qui fait penser au génome des procaryotes, avec une très forte densité de
gènes qui ne sont pas morcelés comme les gènes nucléaires.
Un gène morcelé est un gène qui a une succession d'intron et d'exon.
Les molécules d’ADN nucléaire sont hyper compactées en chromosomes pendant la division cellulaire
(métaphase). Il y a différents degrés de compactions pour permettre cette division :
•La double hélice d'ADN non compactée
•Les nucléosomes (qui forment un chapelet)
•La fibre de chromatine de 30 nm
•La chromatine condensée
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Plan
A. Support de l'information génétique : des gènes aux protéines
I.Structure de l'ADN
II.Structure des gènes
III. Expression des gènes : transcription et traduction
IV. Régulation de l’expression des gènes
B. Le projet Génome Humain
I.De la structure de l’ADN à la séquence du génome humain en 50 ans
II.Informations issues du projet

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•La chromatine hyper-condensée
•Le chromosome métaphasique
Un chromosome dispose de 3 régions :
•Un bras court p
•Un centromère (partie médiane)
•Un bras long q
Certains chromosomes n'ont pas de bras court.
Le génome nucléaire est fragmenté en 23 paires de chromosomes (22 paires de chromosomes autosomes et 1
paire de chromosomes sexuels). Il a une taille d'environ 3 milliards paires de bases dont seulement 1% environ
(30 millions de paires de bases) représente la partie codante.
Cette partie codante est constituée de 25 000 à 30 000 gènes (on ne connaît qu'un ordre de grandeur, on ne
connaît pas le chiffre exact).
La chromatine est constituée par un assemblage de l’ADN avec des protéines histones. En effet, un
nucléosome est constitué de 8 histones (2 histones H2A, 2 histones H2B, 2 histones H3 et 2 histones H4).
L'ADN s'enroule autour des nucléosomes pour former une structure en collier de perle d'un diamètre de 11 nm.
De plus, l'histone H1 permet l'association des nucléosomes entre eux ce qui conduit à une compaction des
nucléosomes et donc à la fibre de chromatine de 30 nm. Cette fibre constitue l'unité de base de la chromatine.
Il faut faire la distinction entre 2 types de chromatine :
•L'hétérochromatine qui est dense et plus compacte. Elle concerne des régions intergéniques et des
gènes inactifs (il est impossible pour les enzymes de la transcription d’accéder à la double hélice d’ADN
du fait de la compaction).
•L'euchromatine qui est décondensée et qui contient les gènes actifs (les enzymes de la transcription
peuvent accéder à la double hélice car l'euchromatine est moins condensée)
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A. Support de l'information génétique : des gènes aux protéines
I. Structure de l'ADN
Le support de l’information génétique est l'acide désoxyribonucléique (ADN). L'information génétique est
représenté par la succession de 4 bases azotées ATCG qui s’apparient 2 à 2 (GC et AT) dans la double hélice.
L'appariement GC est plus stable que l'appariement AT car il y a 3 liaisons pour GC et 2 liaisons pour AT.
Le 25 avril 1953 parait dans Nature « A Structure for Deoxyribose Nucléic Acid » par F. Crick et
J. Watson. Rosalind Elsie Franklin a également beaucoup contribué à la découverte de cette structure, bien
qu'elle soit souvent oubliée.
L'ADN peut être copié au travers des générations cellulaires successives, c'est la réplication de l’ADN qui
conduit à un même ADN dans toutes les cellules filles.
L’ADN peut être traduit en protéines, c'est la transcription de l’ADN en ARN (avec une maturation) puis la
traduction en protéines.
Enfin, l'ADN peut être réparé en cas de besoin, c'est la réparation de l’ADN.
II. Structure des gènes
Un gène est défini comme l’unité d’hérédité. C'est une unité élémentaire d’ADN capable de se reproduire
(réplication), susceptible de mutations (qui peuvent être délétères ou bénéfiques) et capable de transmettre un
message héréditaire. A cause des mutations, il y a 4 millions de variations de pb entre les individus !
Un gène permet la synthèse d’une ou plusieurs protéines ou ARNs (certains gènes codent pour une unique
protéine, mais certains gènes codent pour 1000-2000 protéines différentes).
Il y a au moins 100 000 protéines différentes (voire plus d'un million) pour seulement 25 000 à 30 000 gènes. Il
ne faut donc pas retenir « un gène, une protéine » mais plutôt « un gène, des protéines ».
Un gène dispose d'une structure morcelée, il y a des exons (qui contiennent l'information génétique) et des
introns (on ne comprend pas trop leur rôle) qui sont transcrits, et des séquences régulatrices (en amont ou en
aval du gène) qui sont non transcrites.
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Un gène eucaryote est toujours orienté de 5' vers 3', mais si on lit sur le brin antisens, on lira de 3' vers 5' car les
deux brins sont opposés dans la double hélice. Il est transcrit en ARN pré messager en utilisant le brin antisens
(sur ce schéma, il n'y a que le brin sens). L'ARN pré messager va alors subir une maturation (épissage) dans le
noyau, c'est-à-dire qu'il va perdre ses introns et il ne lui restera que les exons collés ensemble. De plus, il va
recevoir une coiffe en 5' et une queue poly A en 3' et deviendra alors un ARN messager mature.
En amont de l'exon 1 se trouve la région promotrice, elle dirige la transcription, la rend plus ou moins efficace.
On remarque 2 points critiques :
•Le site d'initiation de la transcription
•Le codon d'initiation de la traduction ATG qui code pour une méthionine. Il se trouve la plupart du
temps dans le premier exon mais peut également se trouver dans les exons suivants.
Il peut y avoir plus d'un codon ATG dans les exons d'un gène, et le codon d'initiation de la traduction n'est pas
toujours le premier. Qu'est-ce qui détermine le codon d'initiation de la traduction ? C'est le contexte,
l'environnement de ce codon. Par exemple, un contexte favorable pour l'initiation de la traduction peut être :
•Une adénine en position -3 par rapport au codon (= 3 nucléotides en amont)
•Une guanine en position +4 par rapport au codon (= 4 nucléotides en aval)
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Le promoteur est indispensable à la transcription, il est composé de différents éléments reconnus par des
facteurs de transcriptions. Ces éléments sont :
•TATA box (TATAAA) en -35 à -20 (par rapport au site d'initiation de la transcription)
•Initiator (= Inr = site d'initiation de la transcription) en +1 composé de 2 pyrimidines (C ou T) puis une
adénine puis une adénine ou une thymine et encore 2 pyrimidines
Donc : PyPyA(A/T)PyPy
•CAAT box (CCAAT) en -200 à -70
•GC box (GGGCGG) en -200 à -70
Les facteurs de transcriptions se fixent donc à ces éléments :
•Le site Inr est reconnu par le facteur TBP (TATA-box biding protein)
•La TATA box est reconnue par le facteur TBP elle-aussi
•La CAAT box est reconnue par les facteurs CBF (CAAT binding protein), NF1 et C/EBP
(CAAT/enhancer binding protein)
•La GC box est reconnue par le facteur SP1
Sur le promoteur de l'interleukine 2 (IL-2), on remarque donc la TATA box, le site d'initiation de la
transcription et le site d'initiation de la traduction. Il n'y a pas CAAT box ni de GC box dans ce promoteur car
ils ne sont pas constants. On peut au contraire en trouver plusieurs versions dans un même promoteur ce qui
montre à quel point ces paramètres sont variables.
Pour déterminer l'emplacement du site d'initiation de la transcription, on a fait des expériences sur la cellule.
En amont du promoteur se trouvent des séquences régulatrices qui interviennent dans la régulation du niveau
d'expression et notamment dans la tissu-spécificité (= différences d'expression des gènes suivant les tissus).
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