Gènes mobiles

Génétique
Definition de la génétique
Génétique =
science de l’hérédité,
étude de la transmission des
caractères
d’une génération à l’autre.
Caractères héréditaires
• physiques,
• physiologiques (sensibilité aux maladies),
• psychologiques
Fondements de la génétique
1. Mendel (1822-1884)
2. Théorie chromosomique de l’hérédité : Morgan
(1915)
Gènes et chromosomes
• Chaque gène existe en double exemplaire,
chacun étant porté par l’un des
chromosomes d’une paire d’homologues.
• Ségrégation au hasard de chaque paire de
chromosomes lors de la méiose.
Quels gènes pour quels caractères ?
gène
caractère
gène
caractère
caractère
caractère
gène
gène
gène
caractère
Gènes allèles et famille multigénique
Deux gènes homologues mais non identiques
= allèles
Homozygote pour un gène
= deux gènes homologues identiques
Hétérozygote pour un gène
= deux gènes homologues sont des allèles.
Allèles codominants
Allèles dominants
Allèles récessifs
Allèles multiples
Exemple : groupes sanguins et système ABo.
Famille multigénique
Groupe de gènes de même type situés dans une
région d’un même chromosome (clusters).
Exemple : globines, actines
Gènes pléiotropes
Codent pour des protéines qui interviennent dans la
réalisation de plusieurs caractères distincts.(ex :
phénylcétonurie)
Caractères polygéniques
La réalisation d’un caractère peut dépendre de
plusieurs gènes différents.
La mutation d’un des gènes concernés peut
entraîner une modification du caractère
polygénique.
Les caractères qui fluctuent de manière continue
sont polygéniques (taille, poids)
Génotype et phénotype
Génotype = constitution génétique d’un
organisme.
Expression du génotype = fraction avec gènes
homologues de part et d’autre de la barre.
Phénotype = apparence d’un organisme.
L’apparence dépend du génotype et du milieu.
Lois de distribution des caractères
héréditaires
1ère loi:
ségrégation indépendante des caractères.
2ème loi (allèles portés par des chromosomes
différents):
loi de recombinaison indépendante des caractères.
Distribution de plusieurs paires d’allèles
parentaux liées(linkage)
Différentes paires d’allèles sont liées lorsqu’elles sont
portées par le même couple de chromosomes.
Leur distribution suit la 1ère loi de Mendel : soit,
normalement les 2 phénotypes parentaux en F2. En
réalité, on obtient presque toujours un certain nombre
de phénotypes recombinés.
Recombinants sont dus à la formation de crossingover dans les couples de chromosomes hétérozygotes
en méiose.
Hérédité des caractères fluctuants
Caractères polygéniques, dont l’expression dépend de
plusieurs couples de gènes homologues, varient de
manière fluctuante.(exemples : taille, longévité)
Biologie générale,
P. Van Gansen et H. Alexandre,
Masson, 1997
Hérédité liée au sexe
Chez l’homme : hétérogamétique 44 XY
Chez la femme : homogamétique 44 XX
Chromosome Y détermine la différenciation testiculaire.
Chez la femme, seul l’un des X est fonctionnel dans les
cellules somatiques, le second X demeure sous forme
d’un grain hétérochromatinien, le corps de Barr.
X et Y se comportent comme un couple pendant la
méiose ; ils s’apparient et se ségrègent.
Hémophilie, daltonisme sont dus à des
mutations de gènes portés par X.
Exercices :
Père : XY
Mère : XXh
Père : XdY
Mère : XXd
Cartes génétiques des chromosomes
a) Cartes factorielles :
Croisements entre différentes paires de gènes liés : pourcentage de
crossing-over est constant et spécifique pour chaque paire de gènes
considérés.
Gènes suivent une séquence linéaire et définie sur chaque
chromosome.
Fréquence de recombinaison entre les allèles de 2 gènes liés donne une
mesure de la distance qui les sépare sur ces chromosomes ; la
probabilité de recombinaison étant d’autant plus grande que les
gènes sont plus éloignés l’un de l’autre.
1 unité de distance entre gènes ou centiMorgan = 1% de recombinants
observés. 1 cM = 100000 paires de bases
Cartes génétiques des chromosomes
b) Cartes cytogénétiques
Banding = ensemble de méthodes de coloration qui fait
apparaître des bandes dans les chromosomes en prophase et
en métaphase.
Fusion cellulaire = fabrication d’une cellule hybride à partir de 2
cellules d’espèces différentes.
Cartes génétiques des chromosomes
c) Cartes moléculaires et séquençage :
Banques génomiques = ensemble de fragments d’ADN connus.
Sondes chevauchements entre fragments d’ADN.
Actuellement, l’analyse des séquences nucléotidiques des gènes
progresse et est automatisée.
Dans le génome humain : 100000 gènes différents.
Anomalies génétiques
• Anomalies géniques
• Anomalies chromosomiques
Anomalies géniques
• Anomalie génique = gène muté
Mutations = changements soudains du
matériel génétique.
1) Mutations somatiques et mutations germinales
(transmises à la descendance)
1) Mutations viables et mutations létales
2) Mutations spontanées (causes inconnues)et
mutations induites (agent mutagène déterminé,
facteur cancérigène).
Agents mutagènes
a) agents chimiques : alkylants, déaminants,
acridines…
b) chaleur
c) radiations ultraviolettes
d) radiations ionisantes
Substitution de bases azotées
Cas de l’anémie falciforme (Gln remplacée par Val) :
hémoglobine mutée.
Homozygotes : Hbs/Hbs soufrent d’anémie
mortelle
Hétérozygotes : Hbs/HbA sont anémiques mais
viables et présentent une résistance à la malaria.
Homozygotes : HbA/HbA sont normaux
Fréquence des mutations humaines
15 millions de personnes souffrent de maladies
génétiques aux Etats- Unis.
Biologie générale, P. Van Gansen et H. Alexandre,
Masson, 1997
Anomalies chromosomiques
• Anomalies de nombre de chromosomes
• Anomalies de structure de chromosomes
Modification du nombre de chromosomes
cellule polyploïde = cellule contenant plus de 2
assortiments complets de chromosomes
cellule aneuploïde = cellule contenant certains
chromosomes en défaut ou en excès.
cellules hétéroploïdes = cellules dont le degré
d’aneuploïdie varie d’une cellule à l’autre au sein d’une
population cellulaire.
Polyploïdie
Polyploïdie : les cellules ont un caryotype xn où n > 2
Origine : divisions cellulaires incomplètes (pas de
séparation cellulaire)
Triploïdie : 3n, tétraploïdie : 4n…
Effets : Embryons polyploïdes humains sont abortifs.
Mutations somatiques polyploïdes sont tolérées
ex : cellules hépatiques tétraploïdes.
Aneuploïdie
Aneuploïdie : les cellules ont un caryotype de 2n+x (par
excès) ou 2n-x (par défaut).
Origines :
1) non-disjonction d’un ou de plusieurs couples de
chromosomes lors de l’anaphase réductionnelle de la
méiose,
2) non-disjonction d’une ou de plusieurs paires de
chromatides lors de l’anaphase mitotique.
Effets : toujours catastrophique, létal si l’aneuploïdie porte
sur plus d’un type de chromosome.
Les seuls mutants humains aneuploïdes viables sont soit
trisomiques (2n+1) soit monosomiques(2n-1).
Aneuploïdies humaines hétérochromosomiques
a) 44 XXY : 0.2% = syndrome de Klinefelter, état
intersexuel
b) 44 XYY : 0.1% = mâles phénotypiquement normaux
(violence,agressivité)
c) 44 XXX : 0.1% = femelles (tendance à l’arriération
mentale)
d) 44 X : 0.04% = femelles (stérilité)
Aneuploïdie : il ne suffit pas que toute l’information
génétique soit présente pour que son expression soit
normale. La balance numérique des différents types de
chromosomes intervient dans l’expression des gènes qui
les constituent.
Modification de la structure du chromosome
fusion de 2 types de chromosomes
translocation d’un fragment chromosomique sur un
chromosome non homologue
délétion (perte) d’un fragment chromosomique
inversion d’un fragment chromosomique
duplication d’une partie de chromosome.
Anomalies dues à des défauts structurels :
exemples
a) maladie du cri du chat : délétion du bras court du
chromosome n°5
b) maladie de Grouchy : délétions du chromosome 18
c) chromosome de Philadelphie : translocation d’une
partie du chromosome 22 sur le chromosome 9 :
cancer sanguin.
Influence de la mère sur les risques d’anomalies
génétiques chez le nouveaux-nés humains
Biologie générale,
P. Van Gansen et H. Alexandre,
Masson, 1997
Maladies génétiques
La thérapeutique humaine permet de maintenir en vie
des malades génétiques autrefois condamnés à une
mort précoce.
La médecine interfère avec les mécanismes de sélection
naturelle.
Dans le monde occidental :
maladie récessive la plus fréquente = mucoviscidose
maladie chromosomique la plus répandue =
syndrome de Down.
Diagnostics prénataux :
Amniocentèse : prélèvement de liquide
amniotique pour observer les chromosomes du
fœtus.
Echographie : visualisation du fœtus
Thérapie génique :
Thérapie génique :
introduire le gène non muté sélectivement dans les cellules
souches.
Exemple :
Résultats encourageants dans le cas de la mucoviscidose.
Il est possible d’intégrer au génome des cellules épithéliales
des voies respiratoires l’allèle normal grâce au pouvoir
d’intégration de l’ADN d’un adénovirus non pathogène ;
L’adénovirus sert alors de vecteur de l’allèle et est
pulvérisé dans les voies respiratoires d’un patient.
Thérapie génique :
Thérapies géniques somatiques : concernent un tissu ou un
organe d’enfant ou d’adulte.
Thérapies géniques germinales : consistent à modifier
génétiquement le zygote avant de la placer dans les voies
génitales femelles.
Gènes mobiles :
Gènes mobiles :
certains gènes peuvent changer de position dans les
chromosomes et modifient ainsi l’expression du génome
(5% de l’ADN humain).
Exemple :
diversité des récepteurs des lymphocytes T repose sur la
recombinaison aléatoire de plusieurs fragments de gènes
de types différents.
Gènes mobiles
Gènes mobiles
éléments de contrôle de l’expression du génome.
Ils pourraient avoir un rôle dans la différenciation
cellulaire, le vieillissement, la tumorisation des tissus.
Expression différentielle du génome des eucaryotes
Toutes les cellules d’un organisme ont la même information
génétique dont elles n’expriment chacune qu’une petite
fraction qui leur est propre.
Protéines spécifiques : propres à certaines cellules
particulières, ex : insuline, glucagon
Protéines communes : produites par de nombreux sinon tous
les types cellulaires, ex : actine, myosine
Les gènes codant pour ces protéines sont soumis à un
contrôle temporel : leur activité varie au cours du cycle
cellulaire.
Niveaux possibles du contrôle cellulaire des gènes :
1. modification de la constitution des chromosomes, soit du
programme génétique,
2. modification de la capacité de transcription,
3. modification de la capacité de traduction du cytoplasme,
4. modification posttraductionnelle de l’activité des
protéines cellulaires,
5. dégradation des polypeptides transcrits,
6. interactions réciproques de polypeptides.
Oncogènes viraux
Le cancer est dû à des déficiences frappant les gènes clé
régulateurs qui dirigent la prolifération, la
différenciation et la survie des cellules.
Les virus tumorigènes possèdent des gènes appelés
oncogènes qui ont le pouvoir d’induire la
transformation de certaines cellules.
Oncogènes cellulaires
• Tous les cancers ne sont pas provoqués par
des virus.
• La plupart des cancers humains (80%) sont
dûs à des rayonnements ou à des
cancérogènes chimiques.
• Les oncogènes cellulaires sont impliqués
dans les cancers d’origine non virale.
Mucoviscidose : autosomique récessive
Phénylcétonurie
(idiotie
phénylpyruvique)
(Autosomique
récessive)
Albinisme (autosomique récessif, 2 gènes impliqués)
MERE
PERE
Un trait héréditaire
neutre:
petite cavité devant
le pavillon
(autosomique
récesif)
Polydactylie
Allèle muté dominant
BRACHYDACTYLIE (allèle muté dominant)
Nanisme héréditaire (forme autosomique dominante)
(l ’exemple de généalogie ne correspond pas à la famille
de la photographie)
Dystrophie musculaire de DUCHENNE
(récessif lié à l ’X)
Syndrome de TAY-SACHS
Tache rouge-cerise dans la rétine
Inclusions
lipidiques
anormales
Progeria ( syndrome de Werner , ou
forme sévère = syndrome de Hutchinson
-Gilford)
Vieillissement
prématuré
Télomères
anormalement
courts
9 ans
8 ans
Maladies héréditaires dues à des expansions
de triplets dans un gène.
Dystrophie myotonique
Autosomique dominante
expansion de triplets CTG
Maladie d ’Huntington
Autosomique dominante
(létale)
expansion de triplets CAG