Causes de l`empreinte génomique - Cours de PCEM2 2009/2010 à

Cytogénétique – Dr S. Kanafani
Cours d’Inès Masmoudi. PCEM2 2009-2010.
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.

Cytogénétique – Dr S. Kanafani
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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.

Cytogénétique – Dr S. Kanafani
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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.

Cytogénétique – Dr S. Kanafani
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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.

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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.