mutations

UE1 génome
Année 2011-2012
Dr Annie M. Bérard
Trinôme Drs A. Bérard – J.-B. Corcuff – N. Sévenet
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Dr A. Bérard, BioMol, PACES-2011
BIOLOGIE MOLECULAIRE
NB : Seul le modèle eucaryote sera abordé
(sauf « Réparation » : procaryote et eucaryote)
• Réplication de l’ADN eucaryote
• Mutations : réplicatives, par mutagène (=lésions) ;
polymorphismes génétiques
• Systèmes de réparation
• Recombinaison
Dr A. Bérard, BioMol, PACES-2011
Réplication de l’ADN eucaryote
• Définition et Mécanismes
• Synthèse de type semi-conservatif : Expérience de Meselson-Stahl
• Etape préalable = ouverture et détorsion de la ch. bicaténaire de l’ADN
• Différentes étapes de la synthèse
- ORC
- Fourches de réplication
- Implication d’ADN pol
- Brin direct et Brin retardé selon le principe d’appariement des
bases complémentaires
- Synthèse bidirectionnelle
- Ligation
- Synthèse des télomères
MUTATIONS
-Définitions
- mutations nucléotidiques (génomiques, chromosomiques)
- mésappariement / mutation
- notions d’allèles
- nomenclature
-Causes
- spontanément au cours de la réplication = erreurs réplicatives
- induites par mutagènes = lésions
-Effets des mutations
- au niveau de l’ADN
- au niveau phénotypique
-Mutations non héritables / héritables ; Récessivité et dominance ;
Mutations gain / perte de fonction ; Points chauds
-Hétérogénéité génétique
- inter-locus : plusieurs gènes pour un même phénotype
- intra-locus : 1 gène impliqué pour des phénotypes différents
- gènes modificateurs
BIODIVERSITÉ GÉNÉTIQUE
• Polymorphismes
• Recombinaison
– Méiotique
– Système VDJ des immunoglobulines
• Evénements génétiques (duplication, transposition)
• Familles de gènes
MÉCANISMES DE RÉPARATION
• Concept et nécessité (ex de pathologies humaines)
• Lien avec le cycle cellulaire
• Mécanismes
– Réplicatifs = erreurs d’appariement
– Activité 3’-5’ exonucléasique de l’ADN pol
– Système MisMatch Repair (MMR) : MutHLS (procaryotes),
MSH/MLH (eucaryotes)
– Post-réplicatifs
– Altérations sur un seul brin
» BER
» NER
– Altération sur deux brins
» Recombinaison homologue
» Recombinaison non homologue (NHEJ)
– Récapitulatif sur les pathologies humaines
Réplication de l’ADN eucaryote
Réplication de l’ADN eucaryote
• Définition et Mécanismes
• Synthèse de type semi-conservatif : Expérience de Meselson-Stahl
• Etape préalable = ouverture et détorsion de la ch. bicaténaire de l’ADN
• Différentes étapes de la synthèse
- ORC
- Fourches de réplication
- Implication d’ADN pol
- Brin direct et Brin retardé selon le principe d’appariement des
bases complémentaires
- Synthèse bidirectionnelle
- Ligation
- Synthèse des télomères
Figure R1
Figure R2
Expérience de Meselson-Stahl (1958)
Figure R3
Réplication semi-conservative
Ancienne chaîne
Nouvelle chaîne
Alberts et coll. Fig 5 - 5
Figure R4
Brin néosynthétisé
Brin parental
Fourche de réplication
Fragments
d’Okazaki
Direction de la fourche de réplication
Brin parental
Schéma A Bérard
Figure R5
Allongement bidirectionnel
Temps
Chromosome d ’eucaryote (linéaire)
O : origines de réplication, R : réplicons
Figure R6
Sens de lecture 3’-5’
Brin matrice 3’-5’
5’
3’
Brin néosynthétisé 5’-3’
C
G
G
C
T
A
T
C
G
A
T
Figure R7
5’
P
P
P
OH 3’
P
P
OH
P
Sens de synthèse 5’-3’
La polymérisation est uni-directionnelle
5’
3’
5’
Figure R8 : Formation d’un télomère
P
C
G
T
A
G
C
A
T
T
C
G
OH 3’
P
P
P
P
P
MUTATIONS
-Définitions
- mutations nucléotidiques (génomiques, chromosomiques)
- mésappariement / mutation
- notions d’allèles
- nomenclature
-Causes
- spontanément au cours de la réplication = erreurs réplicatives
- induites par mutagènes = lésions
-Effets des mutations
- au niveau de l’ADN
- au niveau phénotypique
-Mutations non héritables / héritables ; Récessivité et dominance ;
Mutations gain / perte de fonction ; Points chauds
-Hétérogénéité génétique
- inter-locus : plusieurs gènes pour un même phénotype
- intra-locus : 1 gène impliqué pour des phénotypes différents
- gènes modificateurs
Figure M1
Rappel sur éléments constitutifs des gè
gènes de classe II
ORF
ATG
STOP
3’
5’
Brin codant
5’
3’
Partie transcrite
Codon initiateur : AUG
Codon stop : UAA, UAG, UGA
5’
3’
Brin matrice pour la transcription de l’ADN en ARN / ARN pol II
?,s
?!
?,s
?!
?,s
?!
Mutations
-Définitions
-Causes : 1) spontanément au cours de la réplication = erreurs réplicatives
-erreur incorporation
-insertion / délétion
-boucle simple brin
-cassure dans un brin ou les deux brins
2) induites par des mutagènes = lésions
- oxydation (espèces réactives de l’O2 : OH•)
- désamination (acide nitreux par ex)
- alkylation
- modifications de base (analogues de bases)
- décalage du cadre de lecture (agents intercalants)
- dimères de thymine (rayons UV)
Figure M2
Par ex : guanine en 8-oxoG
A
O
8-oxoG
Désamination d’une cytosine
Figure M3
5’
3’
C
G
3’
U
G
5’
U
A
+ REPLICATION =
U
A
+ REPLICATION =
T
A
et
C
G
C
G
C
G
Autre ex : désamination de l’adénine
= hypoxanthine qui s’apparie à la cytosine
A. Bérard
Figure M4
Figure M5
Cytosine sous forme tautomérique amino normale
Guanine
Cytosine sous forme tautomérique imino rare
Adénine
A. Bérard
Figure M6
Mutations
-Définitions
-Causes
-Effets des mutations : au niveau ADN / phénotype
Rappels sur structure gène :
Figure M7
ATG
STOP
Partie transcrite
Codon initiateur : AUG
Codon stop : UAA, UAG, UGA
Figure M8
Figure M9
UUG UCG : Leu Ser : mutation faux-sens
UUG UAG : Leu Stop : mutation non-sens
Exemples de délétion :
Figure M10
1er ex
acg ggg ucg gac
ac uca auc gua uuu
Thr Gly Ser Asp Ser Ile Val Phe
délétion de ac
acg ggg ucg guc
uc aau cgu auu
Thr Gly Ser Val Asn Arg Ile
2ème ex
acg ggg ucg gac
ac uca auc gua uuu gac
Thr Gly Ser Asp Ser Ile Val Phe Asp
délétion de ac
acg ggg ucg guc
uc aau cgu auu uga c
Thr Gly Ser Val Asn Arg Ile Stop
il n’y pas de décalage du cadre de lecture si le nombre de
bases délétées (ou insérées) est un multiple de 3
BIODIVERSITÉ GÉNÉTIQUE
• Polymorphismes
• Recombinaison
– Méiotique
– Système VDJ des immunoglobulines
• Evénements génétiques (duplication, transposition)
• Familles de gènes
Figure M11
Recombinaison
Crossing-over
http://www.chups.jussieu.fr/polys/biochimie/BMbioch/POLY.Chp.7.7.html
Figure M12
Modèle de Holliday
http://www.chups.jussieu.fr/polys/biochimie/BMbioch/POLY.Chp.7.7.html
Autres événements génétiques :
-Duplication
-Transposition
Notion de divergence
Familles de gènes
Ex de celle des gènes qui codent pour les apolipoprotéines de faible PM
= 8 gènes et 1 pseudogène homologues dans leur structure et leur
séquence
1 cluster sur Chr 11 : A-I, C-III, A-IV, A-V
1 cluster sur Chr 19 : E, C-I, C’-I, C-II
A-II est tout seul sur chr 1
Ex de celle des gènes de la globine (fig.8 ci-jointe)
Figure M13
Famille des gènes de la globine
5 gènes de la globine dérivés à partir d’un gène ancestral par duplications successives
Biochimie et Biologie Moléculaire, Omnisciences
MÉCANISMES DE RÉPARATION
• Concept et nécessité
• Lien avec le cycle cellulaire
• Mécanismes
– Réplicatifs = erreurs d’appariement
– Activité 3’-5’ exonucléasique de l’ADN pol
– Système MisMatch Repair (MMR) : MutHLS (procaryotes),
MSH/MLH (eucaryotes)
– Post-réplicatifs
– Altérations sur un seul brin
» BER
» NER
– Altération sur deux brins
» Recombinaison homologue
» Recombinaison non homologue (NHEJ)
– Récapitulatif sur les pathologies humaines
Mécanismes de réparation
• Concept et nécessité
– Importance quantitative, stabilité de la transmission de
l’information
– Survie cellulaire / croissance harmonieuse
Figure REP1
Mécanismes de réparation
• Concept et nécessité
• Lien avec le cycle cellulaire
Mise en œuvre des mécanismes de réparation
– pendant la phase S = correction des erreurs de réplication « sur
épreuve » = 99% des mésappariements
– après la phase S = en phase G2
Figure REP2
Houtgraaf et al. Cardiovascular Revascularization Medicine; 2006.
Figure REP3
Le système MutHLS de E. coli
GA-CH3TC
YM Darmon in Biochimie et Biologie Moléculaire,
Médecine-Sciences Flammarion
Application au modèle eucaryote : système MSH / MLH
Figure REP4
Système BER
Biochimie et Biologie
Moléculaire, Omnisciences
Figure REP5
Autres distorsions reconnues :
-dimères de pyrimidine de cyclobutane
-6,4-pyrimidine pyrimidone
Désamination de C = U
Figure REP6
Réparation cassures :
Ataxia telengiectasia
Figure REP7
Pathologies humaines induites par des déficits en
système de réparation
Maladie
Système de
réparation
affecté
Sensibilité
Susceptibilité
tumorale
Symptômes
Gènes
Cancer
colorectal non
polyposique
(HNPCC)
Mésapparieme
nt de l’ADN
Irradiation UV
Mutagènes
chimiques
Colon
Ovaire
Développement
précoce de
tumeurs
MLH1
MSH2
Syndrome de
Bloom
Recombinaison
homologue
Agents alkylants
Carcinomes
Leucémies
Lymphomes
Photosensibilité
BLM
Anémie de
Fanconi
Recombinaison
homologue
Agents
chimiques
Oxydants
LMA
Épithéliomas
Stérilité
Déformation
Anémie
FANCA G
Cancer du sein
héréditaire
Recombinaison
homologue
?
Sein
Ovaire
Cancers du sein
et/ou de
l’ovaire
BRCA1
BRCA2
Ataxie
telangiectasie
2 brins,
reconnaissance
Radiations
ionisantes
Leucémies
Lymphomes
ATM