Cours de génétique -H.Belhocine 1 LES MUTATIONS LES

LES MUTATIONS
I) Définition : Tout changement au niveau de la séquence nucléotidique et qui
peut être héréditaire ou non
.
II) les types de mutations :
IIII-1) Les mutations ponctuelles : Elles touchent une paire de bases, elles
représentent 95 % des mutations contre 5 % pour les mutations de grande taille.
a) SUBSITUTION : Remplacement d'une base par une autre
a1) TRANSITION : Remplacement d'une base par une autre de même
catégorie.
catégorie
Exemple : remplacement de T (pyrimidine) par C (pyrimidine) ou de A (purine)
par G (purine). Parmi les transitions, celles qui concernent la séquence CG
vers TG ou CA représentent environ 40% de toutes les mutations ponctuelles.
On dit que CG est un point chaud pour les mutations.
a2) TRANSVERSION : Remplacement d'une base par une autre de catégorie
différente.
différente
Exemple : remplacement de T (pyrimidine) par G (purine) ou de A (purine) b
par C (pyrimidine)
b) Délétions : c'est la perte d'une paire de bases
c) Add
ajout d'une paire de bases
Addition ou insertion : c'est l'ajout
Remarque : les additions et les délétions provoquent un décalage du cadre de
lecture
IIII-1-1) Effets des mutations sur les protéines :
1- Mutation faux sens : Remplacement d'un acide aminé par un autre.
Exemple : La drépanocytose ou anémie falciforme qui est due au
remplacement du 6eme acide aminé (glutamate) par la valine au niveau de la
sous unité ß de l’hémoglobine. (pGlu6Val
pGlu6Val).
pGlu6Val
2- Mutation silencieuse : Remplacement d'un codon par son synonyme, dans
ce cas il n y a pas de changement d'acides aminés.
3- Mutation non sens : Remplacement d'un codon d'acides aminés par un
codon stop. Exemple : Une des ß thalassémie est due à une mutation non
sens au niveau du codon 39 : Q39X (p.Gln39Stop), où le codon CAG (Gln)
remplacé par TAG (stop).
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4- Mutation conservatrice
conservatrice : Remplacement d'un acide aminé par un autre de
même charge.
5- décalage du cadre de lecture : Elles sont produites après délétion ou
insertion d’un nombre de bases qui n’est pas multiple de 3. Le décalage
du cadre de lecture produit une protéine incomplète suite au remplacement
d’un codon signifiant un acide aminé par un codon STOP.
IIII-1-2 dominance et récessivité des gènes mutés
IIII-1-2-1 Mutations délétères par perte de fonction : Ces mutations produisent des :
Allèles récessifs, si 50% du niveau normal de produit est suffisant pour assurer
une fonction normale; ex (mucoviscidose, phénylcétonurie, myopathie de
Duchenne, hémophilie).
Allèles dominants si la réduction de 50% du niveau normal du produit induit des
modifications phénotypiques, ces maladies dominantes dues à la perte de fonction
sont dites " par haplo insuffisance" ex : la plupart des prédispositions aux cancers
(sein et colon). La majorité des génotypes homozygotes dominants sont létaux.
IIII-1-2-2 mutations délétères par gain de fonction : Il s'agit le plus souvent de
mutations faux sens, elles sont responsables de la modification des propriétés de la
protéine. Elles induisent des phénotypes dominants.
Le phénotype des homozygotes n'est pas plus sévère que celui des
hétérozygotes..Ex (achondroplasie).
REMARQUE : L’expression phénotypiques des mutations délétères des gènes
impliqué dans les maladies monogéniques sont influencées par d'autres gènes
dénommés gènes modificateurs.
IIII-2) Macromutations : Elles touchent plus d'une paire de bases
a) Mutation dynamique instable :
1- Expansion de trinucléotides en dehors des séquences codantes
codantes; exemple
"syndrome de l'x fragile", cause la plus fréquente de retard mental héréditaire chez
le garçon elle est récessive liée à X.
Il y a une expansion de "CGG" de 200 à plus de mille répétitions, dans la région
5'UTR du 1er exon du gène FMR1 situé en Xq27.3. L'augmentation du nombre de
triplet de "CGG" provoque une méthylation des cytosines des CGG et des
séquences environnantes, ce qui conduit à l'extinction du gène FMR1 dans le locus
FRAXA.
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2- Expansion dans les régions codantes : Exemple "corhée de Huntington", qui se
traduit par une dégénérescence progressive des neurones. Due à une protéine
renfermant un nombre élevé de glutamine provoqué par une répétition allant de 36 à
120 fois du trinucléotide "CAG" dans le premier exon du gène de Huntingtine. Le
mode de transmission est autosomique dominant.
IIIIII- Nomenclature :
1) Au niveau de l’ADN
l’ADN
a- substitution
238A
g.238
238
A>C : substitution de l’Adénine en position 238 par la Cytosine.
g.
b- addition et délétion
24del
delC
g.24
24
del
C : délétion de la Cytosine en position 24.
g.
g.25_26
25_26insC
insC : insertion de Cytosine entre les nucléotides 25 et 26.
g.25_26ins
2) Au niveau de la protéine
a- faux sens
p.glu
p.glu6
glu6val : remplacement du 6eme acide aminé glutamate par la valine
b- Non sens
P.Gly
P.Gly41
Gly41X
41X : remplacement du 41eme acide aminé Glycine par le codon STOP.
IVIV- Les agents mutagènes :
La fréquence de mutation chez les procaryotes est estimée à une mutation toutes
les 108 divisions, cette fréquence de mutation spontanée est encore plus élevée chez
l'homme. La plus part des mutations sont dues à un mauvais appariement au cours
de la réplication apes avoir échappé à la correction par la DNA polymérase. La
fréquence de mutation peut être augmentée par des agents mutagènes qui peuvent
êtres des agents physiques ou des agents chimiques. Il existe plusieurs agents
mutagènes mais on ne considérera que trois agents physiques et deux agents
chimiques.
a) Agents physiques :
1- Les rayonnements non ionisants : Les rayons ultraviolets à la longueur
d'onde de 260 nm sont absorbés par les purines et avec plus d'efficacité, par
les pyrimidines.
pyrimidines Les UV provoquent des changements au niveau de l'ADN
qui se traduit par la formation de dimères de thymine entre celles qui sont
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adjacentes (fig.1). Cette dimérisation rapproche les bases entre elles et
provoque des délétions au cours de la réplication. La plus part des
xeroderma sont dues à ce type de mutation.
U.V→
2 Thymines
Dimère de thymine
Figure1 : Formation d’un dimère de thymine sous l’effet des UV
2- La chaleur : C'est probablement l'agent mutagène le plus répondu dans la
nature. Son effet sur l'ADN se traduit par l'élimination de la liaison NGlycosidique entre les purines et leur sucre (Fig. 2), il en résulte un site
apurinique au niveau de l'ADN.
l'ADN Plus de 10 000 sites apurinique sont
produits chaque jour dans chaque cellule. Ceux qui échappent à la
réparation causent des mutations ponctuelles ou des délétions au moment
de la réplication de l'ADN.
La base du milieu a été éliminée, laissant un espace sans purine appelé site apurinique
Figure 2 : Formation d’un site apurinique sous l’effet de la chaleur
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3- Les rayonnements ionisants : Les rayons X sont des rayonnements très
pénétrants, ils peuvent causer des cassures au niveau des chromosomes
chromosomes
(Fig. 3),
3), mais aussi des délétions par la formation de dimères.
dimères Ce sont les
rayonnements ionisants aux quels l'homme et le plus exposé. Ils ont un effet
cumulatif, leur unité de dosage et le rem (roentgen equivalent man) qui
correspond à la dose nécessaire pour expulser un électron par cm3 de matière
vivante
Figure 3 : Un des effets des rayons X sur le chromosome (cassure du Chromosome)
b) Agents chimiques :
1- Analogues de bases : Le 5 bromouracile dérive de la thymine à la quelle on
remplace le méthyle par un atome de brome, de ce fait il est incorporé pendant la
réplication à la place de la thymine (Fig. 4).
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Figure 4 : Le 5 bromouracile
Le 5bU est instable il peut prendre une forme tautomère qui lui permet de
s'apparier avec la guanine au lieu de l'Adénine,
l'Adénine à la réplication suivante la
guanine s'associe avec la cytosine et on obtient une mutation ponctuelle de AT à
GC qui est une transition (Fig.5)
1
2
3
4
Figure 5 : Mode d’action du 5Bromouracile
5bU= 5bromouracile ; 5bUt= 5 bromouracile tautomère
Explication
1 : Séquence d’ADN de 4pb
2 : Le 5bU est incorporé à la place de T en face de A
3 : à la première réplication, le 5Bu prend une forme 5bUt (tautomère) son affinité
vis-à-vis des purines change, il incorpore la guanine à la place de la thymine
4 : La forme tautomère étant éphémère, le 5Bu reprend sa forme normale. A la
réplication suivante, le brin matrice qui comporte le G à la place de T incorpore le
C à la place du A. On obtient une transition de TA vers CG
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Remarque : pour comprendre ce mécanisme il faut noter que les bases tautomères
ne s’associent plus avec la base complémentaire habituelle mais, avec l’autre base
de même catégorie.
At ne s’associe plus avec T, mais avec C (de même catégorie que T)
Tt ne s’associe plus avec A, mais avec G (de même catégorie que A)
Ct ne s’associe plus avec G, mais avec A (de même catégorie que G)
Gt ne s’associe plus avec C, mais avec T (de même catégorie que C)
5bUt ne s’associe plus avec A, mais avec G (de même catégorie que A)
2- Les agents intercalaires : L'acriflavine est un agent intercalaire qui peut
provoquer soit une délétion s'il s'intercale comme substrat (brin nouvellement
synthétisé)
synthétisé (fig. 6), soit une addition s'il d'intercale dans la matrice (ancien brin)
brin
fig.7).
1
2
3
Figure 6: Délétion de la paire TA par incorporation de l’acriflavine à la place de ‘ A’
Explication :
1 : séquence d’ADN de 4 pb
2 : l’acriflavine
synthétisé.
est incorporée à la place de l’adénine, dans le brin nouvellement
3 : à la réplication suivante, l’acriflavine instable se détache du brin matrice qui
passe de 4 à 3 Pb. Ce brin donnera après réplication une séquence d’ADN de 3pb.
On passe donc d’une séquence de 4pb à une séquence de 3pb, car il y a eu délétion
de la paire ‘TA’’.
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3- Agents désaminants
La désamination des bases donne des composés qui sont reconnus par le système
de réparation qui les élimine et les remplace par les bases normales. Par exemple
la désamination de la cytosine donne de l’uracile, l’adénine donne l’hypoxanthine,
la guanine donne la xanthine et la cytosine donne l’uracile
Comme on l’a déjà vu plus haut, les cytosines qui suivent la guanine peuvent êtres
méthylées (dinucleotide CpG), normalement la cytosine non méthylée qui donne
l’uracile est éliminer par un complexe enzymatique (uracile DNA glycosylase) et
remplacé par la cytosine, mais si la cytosine est méthylée, la désamination
transforme la cytosine en thymine (fig.7) qui est un composant normal de l’ADN,
qui n’est pas reconnue par le système de réparation , il n’est pas excisé et
provoque une transition
Certaines mutations touchant les CpG ont une fréquence particulièrement élevée
comme la mutation G1138A du gène FGFR3 responsable de l’achondroplasie.
Figure 7 : effets de la désamination de la cytosine avant et après méthylation
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