21/10/2015 MAIRE Mégane L2 CR : PAYRASTRE

GENETIQUE – Le support de l'information génétique, Structure et fonction du génome
21/10/2015
MAIRE Mégane L2
CR : PAYRASTRE Clémentine
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.
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 de 11nm (qui forment un chapelet u collier de perle)
–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
Au niveau des extrémités se trouvent les
télomères.
Les chromosomes acrocentriques sont des
chromosomes qui 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 3 x 107 soit
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
représentée 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.
Au niveau de l'ARN, les T sont remplacés par U.
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.
Un ARN d'un gène donné peut coder pour plusieurs protéines.
Enfin, l'ADN peut être réparé en cas de besoin, c'est la réparation de l’ADN. Cependant ce système n'est pas
fiable à 100%.
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.
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Un gène dispose d'une structure morcelée, il y a des exons (qui contiennent l'information génétique) et des
introns (qui seront enlevés lors de la transcription, CR : ne sont pas traduits) qui sont transcrits, et des
séquences régulatrices (en amont ou en aval du gène) qui sont non transcrites.
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) (CR : le brin antisens sert de matrice à la transcription, donc c'est
l'information du brin sens qui est recopiée par complémentarité). 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. L'ARN messager migre alors du noyau vers le cytoplasme, où il sera traduit en protéines par
les ribosomes.
On remarque 2 points critiques dans l'exon 1 :
–Le site d'initiation de la transcription au début de l'exon 1
–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.
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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.
Le promoteur est indispensable à la transcription (CR : il se situe en amont de l'exon1), 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
Ces signaux servent à ce que des protéines puissent reconnaître spécifiquement ce motif nucléotidique, s'y fixer,
et activer la transcription. On va ainsi pouvoir réguler finement l'expression de certains gènes en fonction de
l'expression de ces facteurs de transcription.
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.
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