Enquête sur les maladies héréditaires
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Travaux Pratiques Juillet 2011 TP 3 Enquête sur les maladies héréditaires - I Le but de ces exercices est d’introduire des outils de Bioinformatique. Vous découvrirez un gène humain important et verrez comment les mutations qui s’y déroulent engendrent la maladie héritée. Vous apprendrez comment: • Traduire une séquence d’ADN en une séquence d'acides aminés • Rechercher des séquences similaires dans le génome humain • Relever l'effet des mutations dans cette séquence et les relier avec une maladie héritée Résolvez les trois exercices qui consistent à: A) Traduire une séquence ADN B) Trouver des protéines similaires dans le génome humain C) Relever les effets de mutations A) Traduction d’une séquence d’ADN Ne pas oublier : • Le code génétique est composé de trois lettres qui codent pour des acides aminés • Un gène commence toujours avec le codon initiateur (Start) ATG. ATG code pour l’acide aminé qu’on appelle la méthionine. • Il existe trois codons Stop (TAA, TGA, TAG) qui indiquent la fin de protéines Essayons cet exercice à la main. Considérer la séquence d’ADN représentée ci-dessous : >Séquence ADN “inconnue” atggtgcacctgactcctgaggagaagtctgccgttactgccctgtggggcaaggtgaac gtggatgaagttggtggtgaggccctgggcaggttgctggtggtctacccttggacccag aggttctttgagtcctttggggatctgtccactcctgatgctgttatgggcaaccctaag gtgaaggctcatggcaagaaagtgctcggtgcctttagtgatggcctggctcacctggac aacctcaagggcacctttgccacactgagtgagctgcactgtgacaagctgcacgtggat cctgagaacttcaggctcctgggcaacgtgctggtctgtgtgctggcccatcactttggc aaagaattcaccccaccagtgcaggctgcctatcagaaagtggtggctggtgtggctaat gccctggcccacaagtatcactaa Traduisez les premières 57 bases de la séquence inconnue : atg gtg cac ctg act cct gag gag aag tct gcc gtt act gcc ctg tgg ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ggc aag gtg ___ ___ ___ Les ordinateurs sont généralement plus rapides et plus exacts ©2011 Sami Khuri 1 Travaux Pratiques • • • • • • Juillet 2011 Rendez vous à http://www.cs.sjsu.edu/faculty/khuri/AVL/AVL_TP_Sequences.doc Utilisez la souris pour copier la séquence : Séquence ADN “inconnue” Rendez vous à http://us.expasy.org/tools/dna.html, l’outil de traduction ExPasy Collez la séquence dans l’espace vide Allez à “Output format” (plus bas) et choisissez “Includes nucleotide sequence” Cliquez sur le bouton “TRANSLATE SEQUENCE”. Les points suivants décrivent ce que vous devriez voir : • • La séquence d’ADN et les acides aminés relatifs ligne par ligne Les bioinormaticiens utilisent principalement le "code de la lettre individuelle" où chaque acide aminé est représenté par une lettre unique. Pourquoi y a-t-il six traductions? o Il y a six traductions possibles de toute séquence ADN parce qu'il y a six cadres de lecture possibles selon où vous commencez à lire la séquence Lequel des six cadres de lecture est la traduction correcte? o Le premier cadre de lecture avec une Méthionine au commencement et un tiret (indiquant un codon Stop) à la fin est la traduction correcte. B) Chercher le génome humain pour trouver des protéines similaires Vous allez trouver la séquence telle qu’elle est dans le génome humain. Cela vous donnera alors l'accès à tout ce que les recherches ont pu trouver au sujet du gène et son produit, la protéine. Supposez que vous découvrez un ADN ou une séquence de la protéine dans votre recherche. Vous pensez que cette séquence joue un rôle important dans le système que vous étudiez. Dans le premier cas, il existe une éventualité assez considérable qu’un autre chercheur ait déjà trouvé une fonction à votre séquence. Sinon, dans le deuxième cas et si vous ne trouvez pas d’égal exact pour votre séquence dans le génome humain, vous pourriez alors trouver une séquence similaire se situant soit dans le génome humain, soit dans un autre organisme. Cette simple recherche peut vous dire beaucoup au sujet de votre gène ou protéine. • • • • Revenez à la production (résultat) de l’outil de traduction. (ExPasy dans ce cas) Cliquez sur le lien “5'3' Frame 1” Maintenant vous devriez voir uniquement la séquence d’acides aminés (sans la séquence d’ADN). Copiez entièrement la séquence d’acides aminés à l’exception du codon Stop (Stop). Ouvrez WordPad et collez la séquence d’acides aminés. Sauvegardez le fichier puisque nous allons l’utiliser dans la deuxième partie du problème lorsque nous analyserons les mutations. Pour savoir tout ce que les recherches ont pu découvrir à propos de notre séquence, visitez le centre national pour l'information de la biotechnologie “National Center for Biotechnology Information” (NCBI) : http://www.ncbi.nlm.nih.gov ©2011 Sami Khuri 2 Travaux Pratiques • • • • • • Juillet 2011 Cliquez sur “BLAST” sous “Popular Resources” (à droite de la page) Choisissez “protein blast” en dessous de “Basic Blast” Collez la séquence d’acides aminés dans l’espace vide Choisissez “Refence proteins (refseq_protein)” de “Database” en dessous de “Choose Search Set” Tapez “Homo sapiens (taxid:9606)” dans l’espace vide à côté de “Organism”. Cliquez sur le bouton "BLAST" Vous obtiendrez une nouvelle page avec un tableau au sommet de l'exposition représentant les séquences les plus similaires à la séquence initiale. Les barres rouges indiquent les séquences qui, dans la base de données du génome humain, sont très similaires à notre "séquence inconnue" alors que les barres roses indiquent les séquences qui sont assez similaires à cette séquence. • • • • Défilez au-dessous du diagramme et vous verrez une liste de protéines semblables à notre séquence inconnue dans le génome humain La première protéine est le gène de la beta-globine humaine, suivie d’une liste d'autres gènes de la globine qui sont similaires dans leur séquence d’acides aminés. Ceci reflète bien le fait qu’ils ont des fonctions similaires quant à la transportation de l’oxygène et qu’ils ont tous évolué d’une protéine ancestrale commune. Défilez vers le bas un peu plus loin et regardez les alignements en pair entre notre séquence inconnue et les séquences de la base de données GenBank. Notre séquence inconnue est identique à la séquence de la beta-globine humaine. C'est une des techniques qu'un bioinformaticien appliquerait pour trouver ce qui est codé par une séquence particulière (notre séquence inconnue). Observez les alignements en pair avec quelques-unes des autres séquences de la globine pour voir à quel point elles sont similaires ou différentes de notre séquence inconnue. C) Observation des effets de mutations (Partie 1) Les mutations de la séquence d’ADN affectent la protéine de différentes façons. Dans cet exercice vous traduirez la séquence d’ADN du gène de la beta-globine humaine d’une forme différente trouvé chez les individus souffrant d’une thalassémie. Mutation 1 : Thalassémie > Le mutant humain de bêta globine 1 atggtgcacctgactcctgaggagaagtctgccgttactgccctgtgggcaaggtgaac gtggatgaagttggtggtgaggccctgggcaggttgctggtggtctacccttggaccca gaggttctttgagtcctttggggatctgtccactcctgatgctgttatgggcaacccta aggtgaaggctcatggcaagaaagtgctcggtgcctttagtgatggcctggctcacctg gacaacctcaagggcacctttgccacactgagtgagctgcactgtgacaagctgcacgt ggatcctgagaacttcaggctcctgggcaacgtgctggtctgtgtgctggcccatcact ttggcaaagaattcaccccaccagtgcaggctgcctatcagaaagtggtggctggtgtg gctaatgccctggcccacaagtatcactaa ©2011 Sami Khuri 3 Travaux Pratiques Juillet 2011 Un seul nucléotide fut supprimé de la “séquence inconnue” initialement donnée pour produire le mutant ci-dessus. Pour détecter l’effet de la mutation sur la protéine beta-globine, nous aurons besoin de la traduire en une séquence d’acides aminés exactement comme nous avons fait dans la première partie du problème. Commençons par la traduction des 57 premières bases à la main atg gtg cac ctg act cct gag gag aag tct gcc gtt act gcc ctg tgg ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ ___ gca agg tga ___ ___ ___ Pour confirmer notre résultat, rendez vous à http://www.cs.sjsu.edu/faculty/khuri/AVL/AVL_TP_Sequences.doc pour obtenir la sequence “Le mutant humain de bêta globine 1” et puis à http://us.expasy.org/tools/dna.html et traduisez le mutant. Comme auparavant, le premier cadre de lecture est correcte. Cliquez sur le lien “5'3' Frame 1”. Encore une fois, vous devriez voir la séquence d’acides aminés uniquement, sans la séquence d’ADN. Copiez la séquence d’acides aminés en entier et collez-la en dessous de la séquence d’acides aminés obtenue à la partie A du problème. Examinez avec soin la deuxième séquence d’acides aminés et comparez-la à celle obtenue à la partie A. Ce que vous devriez voir est résumé ainsi : • • • • • Les 16 premiers acides aminés sont identiques à ceux précédemment obtenus. Ils sont suivis par deux acides aminés qui n’étaient pas présents dans la protéine : alanine (A) et arginine (R) Un codon Stop. Le premier codon Stop est suivi par des acides aminés qui sont différents de la séquence beta-globine normale. Néanmoins, une fois que le codon Stop est atteint, le reste de la séquence n’est plus essentiel. Ce type de mutation est ce que l’on appelle un changement de cadre, et donnent comme résultats des protéines tronquées ou raccourcies à cause du codon stop. Des mutations de ce type sont communes chez les personnes souffrant d’une thalassémie. Comme les êtres humains ont deux copies de chaque gène, il est possible que les personnes souffrant de cette mutation aient un taux de bêta-globine relativement bas résultant d’une copie normale du gène. ©2011 Sami Khuri 4
