Un gène en 2015

UE11 –Parcours 3- Génétique –
Cours 2
2/03/2016
Juliette Albuisson
[e-mail]
RT : Clémence Bodin
Caroline Bogeat
RL :
Projet Encode et définition d’un gène
Plan :
PREMIERE PARTIE
I. Concept de gène et évolution dans son histoire
A- Le gène, unité d’hérédité
B- Le gène, un locus distinct
C- Le gène, une molécule physique
D- Le gène, un code transcrit
E- Le gène, une séquence avec une phase ouverte de lecture
F- Le gène, une entité annotée et répertoriée dans des bases de
données
II. Le projet ENCODE
A- Présentation générale
B- Définition d’un élément fonctionnel
C- Les méthodes
1) RT-PCR
2) 5C
3) DNAseSeq/FaireSeq
4) ChipSeq
5) ARNseq
D- Exemple de profil Encode
E- Résultats
Deuxième Partie
I. GENECODE
II. Impact de ENCODE en génétique médicale
A- Généralités

B- Exemples
1) Micros ARN
2) Long ARN non codant
3) Gènes Hox
4) Maladie de Hirschprung
C- Interprétation des résultats de GWAS
III. Un gène en 2015

I. Concept de gène et évolution dans son histoire
A- Le gène, unité d’hérédité
1865 : Mendel parle de caractères (le mot gène n’existe pas). Il s’agit d’une notion
exclusivement phénotypique.
B- Le gène, un locus distinct
1909 : Johannsen invente le terme gène et fait la distinction entre génotype et phénotype. Il
affirme qu’il « faut traiter le gène comme une unité de comptage ou de calcul, nous n’avons
aucunement le droit de définir le gène comme une structure morphologique ». L’aspect
moléculaire et physique du gène est encore inconnu.
1910 : Morgan, par l’étude phénotypique de croisement de drosophiles, détermine que les gènes
sont disposés linéairement sur les chromosomes (déjà connus à l’époque) et qu’ils sont
capables de crossing-over, proportionnellement à la distance les séparant.
1913 : Mise en évidence de la localisation génétique et établissement d’une carte génétique.
Ainsi le gène classique (entité sans support biologique connu) est une unité indivisible de :
o fonction : le gène code pour une information (un caractère)
o mutation : des variants du gène peuvent coder des caractères différents
o recombinaison
C- Le gène, une molécule physique
En 1927-1928, Müller a montré par des travaux de mutagenèse induite par rayon X qu’en
modifiant le gène, le phénotype était lui aussi modifié. L’idée de séquence génomique était
cependant inconnue.
Griffith démontre la transformation (transfert d’un caractère héréditaire d’une espèce à une
autre). Cela prouve qu’un gène est transférable et qu’il devient par la suite héréditaire.
Ces travaux permettent de pressentir qu’il existe un support physique à cette information.
Dans les années 40, l’ADN est présenté comme le support chimique de l’hérédité.
Le gène est alors défini comme une unité fonctionnelle, correspondant à une portion d’ADN
continue et limitée (notion de locus). Les gènes ne se chevauchent pas et la fonction d’un gène
est celle de la protéine correspondante.
En 1953 Watson et Crick (et Rosalind Franklin) montrent que l’ADN est une structure en double
hélice, ce qui permet son auto-réplication.

D- Le gène, un code transcrit
En 1958 la notion de transcription (intermédiaire entre gène et protéine) apparaît.
En 1961, Jacob et Monod font le lien entre la molécule et l’information correspondante. Ils
montrent que le patron de l’expression des gènes est l’objet d’une régulation (travail sur l'operon
lactose).
E- Le gène, une séquence avec une phase ouverte de lecture
En 1965, le code génétique est caractérisé et le cadre ouvert de lecture est découvert.
En 1972 la première séquence de gène est déterminée (séquençage d’un gène d’un
bactériophage).
La structure des gènes est plus complexe que ce que l’on pensait. Les gènes sont morcelés en
système d’introns et d’exons (par Sharp et Roberts) avec un code pour la jonction intron/exon. Il
existe un mécanisme d’épissage.
 On perd la notion de gène continu.
F- Le gène, une entité annotée et répertoriée dans des bases de
données
GENESCAN a permis d’identifier de nombreux gènes. L’introduction d’informations sur le cadre
ouvert de lecture, les promoteurs, le site d’initiation de la transcription a permis de créer un
algorithme et d’identifier des gènes grâce a une structure commune.
Enfin en 2001, on a la première version du séquençage complet du génome humain. Les gènes
« classiques » répondant à l’algorithme Genescan ont donc pu être identifié.
1% de l’ADN est ainsi identifié. Se pose alors la question de savoir à quoi sert le reste. Les partisans
du « junk DNA » s’opposent à ceux du « tout informatif »
Pearson en 2006 définit le gène comme « une région génomique localisable qui constitue une
unité de transmission, comportant des régions transcrites et des séquences fonctionnelles comme
le promoteur et les séquences régulatrices. »
II. Le projet ENCODE
A- Présentation générale
Ce projet de 10 ans (2003-2012), fondé sur un investissement de 280 millions de dollars, a
assemblé des dizaines de laboratoires et des centaines de scientifiques. Ils ont regardé 147 lignées
cellulaires et étudié la fonctionnalité de l’ensemble de l’ADN.

Le génome humain avait déjà été séquencé, le but était de faire de l’annotation fonctionnelle de
ces séquences, pour déterminer leur rôle. La méthodologie était de conduire des études
fonctionnelles sur l’ensemble du génome. Chaque équipe menait un type d’analyse particulier et
les résultats furent mis en commun.
Il y a 4 grands axes d'étude de cette opération ENCODE :
 transcription (production d'ARN, codant ou non)
 régulation (étude promoteur, enhancer, silencer, facteur de transcription, structure en 3D,
méthylation, état chromatinien)
 conservation entre les espèces
 implication dans les maladies.
Une des missions d’ENCODE était d’assurer l’accès et la diffusion des données (on peut facilement
retrouver sur internet ces différentes données).
147 types cellulaires différents ont été analysés au total en 2012. Il s’agit de cellules cancéreuses,
embryonnaires ou immortalisées, ou même endothéliales (forte capacité de multiplication).
Il y a eu 3 volets au projet et le nombre de types cellulaires inclus dans le projet a augmenté à
chaque fois, grâce à l’amélioration du haut début parallèlement au projet ENCODE.
B- Définition d’un élément fonctionnel
Un élément fonctionnel est un segment du génome humain qui est associé à une quelconque
caractéristique biochimique (acétylation des histones, hypersensibilité à la DNAse…) dans au
moins une lignée ENCODE.
C- Les méthodes