1. Les variations génétiques 1.1 Les mutations chromosomiques 1.2

Programme PCEM 2006
Génétique PCEM 2006
Thomas Bourgeron
1. Les variations génétiques
Cours N°1
Les variations génétiques
et la relation génotype /phénotype
Cours N°2
La ségrégation et l’identification
des gènes des maladies
Définitions:
Allèle: Séquence différente
d’un même gène A (a 1, a2,…an)
Génotype:
Homozygote: Même allèle sur les
deux chromosomes a1/a1
Hétérozygote: Des allèles
différents sur les deux
chromosomes a1/a2
Phénotype: Apparence
(expression physiologique
dépendante des gènes et de
l’environnement)
Définition!
Pour le scientifique:
Mutation: changement par rapport à la séquence de référence
Polymorphisme: variation de la séquence d’un gène dans la
population
Pour le médecin:
Mutation: variation rare impliquée dans la maladie
Polymorphisme: variation fréquente qui n'est pas impliquée dans la
maladie
Les variants rares ne sont pas toujours délétères !
Les polymorphismes fréquents ne sont pas toujours sans
conséquence biologique (variants de susceptibilité) !
Johannsen, Bateson
(début du XX ème siècle)
1.1 Les mutations chromosomiques
1.2 Les mutations géniques
1.3 Mutations somatiques et
germinales
1.4 La variabilité génétique dans les
populations
1
1.1 Mutations chromosomiques
Euploïdie
Anomalies du nombre de chromosome (aneuploïdie)
Altération de la structure des chromosomes
(remaniements chromosomiques)
46, XX
46, XY
1.1.1 Anomalies du nombre de
chromosomes :aneuploïdie
2
Trisomie
1-3
4-5
6-12
13-15
16-18
19-20
21-22
Avortements spontanés
1,4%
0,6%
3,7%
4,8%
9,8%
0,4%
5,2%
Naissances
0
0
0
0,02%
0,02%
0
0,13%
Chromosomes sexuels
XYY
XXY
XO
XXX
0,03%
0,03%
9,0%
0,14%
0,05%
0,05%
0,009%
0,05%
Polyploidie:
Triploid
Tetraploid
8,5%
9,7%
0
0
Total:
46,5%
0,34%
1.1.2 Anomalie de la structure
des chromosomes (remaniements
chromosomiques)
Chromosome en anneau
Délétions chromosomiques
Duplications chromosomiques
Insertions chromosomiques
Translocations chromosomiques
3
Mutation faux sens
1.1 Les mutations chromosomiques
1.2 Les mutations géniques
TGGTCCAUGGCATTC……….
TGG TCC AUG GCA TTC TAT
Met
2.3 Mutations somatiques et
germinales
ala
phe
tyr …..
TGG TCC AUG GCA TAC TAT
Met
Mutation non sens
ala
Tyr
tyr …..
Insertion/Délétion
TGG TCC AUG GCA TTC
TGG TCC AUG GCA TTC
Met
ala
phe
TGG TCC AUG GCA TTC
Met
ala
phe
Met
TAT
phe
T
tyr …..
TAA
ala
TGG TCC AUG GCA TTC
Met
ala
phe
stop
TGG TCC AUG TGC ATT
Met
Mutations par amplification de triplet
Cys
C
ile
Répétition CAG (Huntington)
Control
Pré-mutations
Atteints
31 to 38
40 to 100
4 to 35
Anticipation
__Patient___
Répétitions
Age du début
Grand père
42
57 ans
Père
56
35 ans
Fils
87
23 ans
4
Répétition de trinucléotides dans le
syndrome de l'X fragile
1.4 La variabilité génétique dans les
populations humaines
1.3 Mutations somatiques et germinales
1.4.1 La PCR
1.4.1 La PCR
1.4.2 Les SNPs
1.4.3 Les microsatellites
1 cellule: 2 copies du gène
Polymérisation
/ /dénaturation
Polymérisation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
/dénaturation
X 35 Polymérisation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
cycles
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
Polymérisation
/dénaturation
dénaturation
Polymérisation
Polymérisation/ /dénaturation
dénaturation
2 ->4 -> 8 -> 16 -> 32 -> 64 -> 128 -> ->
2 copies X 2 35= 68 719 476 736 copies
Kary Mullis, Nobel 1993
http://allserv.rug.ac.be/~avierstr/principles/pcr.html
5
1.4.2 Les SNP
(Polymorphismes de simple nucléotide)
CGGTGGATTG
Homozygote G/G
—
electrode
C G G T G G/A A T T G
Hétérozygote A/G
+
electrode
CGGTGAATTG
Homozygote A/A
tttctccatttgtcgtgacacctttgttgacaccttcatttctgcattctcaattctatttcactggtctatgg
cagagaacacaaaatatggccagtggcctaaatccagcctactaccttttttttttttttgtaacattttacta
t
acatagccattcccatgtgtttccatgtgtctgggctgcttttgcactctaatggcagagttaagaaattgtag
c
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cttatcattatgtcaataccatactgtctttattactgtagttttataagtcatgacatcagataatgtaaatc
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g
tcagcctgtcagtgtctacaaaatagcatgctaggattttgatagggattgtgtagaatctatagattaattag
c
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ccccactcggcaacccctgaaacccccacatcccccagcttttttcccctgctaccaaaatccatggatgctca
g
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a
tacttataatactaataaaatctaaatgctatgtaaatagttgctatactgtgttgagggttttttgttttgtt
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g
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a
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gatcacgaggtcaggagatcaagaccatcctggctaacatggtaaaaccccgtctctactaaaaatagaaaaaa
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g
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a
g
tctactatatggatacatgattgatttttgtatattgatcatgtatcctgcaaactagctaacatagtttatta
a
tttctctttttttgtggattttaaaggattttctacatagataaataaacacacataaacagttttacttcttt
cttttcaacctagactggatgcattttttgtttttgtttgtttgtttgctttttaacttgctgcagtgactaga
g
gaatgtattgaagaatatattgttgaacaaaagcagtgagagtggacatccctgctttccccctgattttaggg
a
ggaatgttttcagtctttcactatttaatatgattttagctataggtttatcctagatccctgttatcatgttg
aggaaattcccttctatttctagtttgttgagattttttaattcatgtgattgcgctatctggctttgctctca
1.4.3. Les microsatellites
(répétition en tandem de plusieurs nucléotides)
1 SNP / 300-1200 pb
Migration sur gel d’acrylamide
marquage de la PCR avec un primer fluorescent
D6S285
1
5
6
7
11.12
6
Variabilité pour D6S285
2/5
1/4
2. Relation génotype /
phénotype
Quelles sont les conséquences des variations
génétiques sur le phénotype?
1/2
2/6
2.1 L’effet des mutations sur le
produit des gènes
Perte de fonction (Allèle nul)
Perte de fonction (Allèle nul)
«Baisse de fonction»
Gain de fonction
«Baisse de fonction»
faible quantité ou affinité
Gain de fonction
(Perte de la régulation ou
acquisition d’une nouvelle fonction)
7
2.2 Récessivité, dominance,
semi- et co-dominance
Récessif ou dominant ?
a1
Un gène A (a1, a2, a3, …an)
[Phenotype 1]
a1 est dominant sur a2
a2
a1
a1
a2
a1
a2
a2
[Phenotype 2]
a2 est dominant sur a1
[Phenotype 1 et 2]
a1 et a2 sont co-dominants
[Phenotype 1]
Un gène avec plusieurs allèles
4 allèles: C, cch, ch, c
Brown
White with
black tips
Chinchila
1.C C
2.C cch
3.C ch
4.C c
[Phenotype 3]
???? [Phenotype 2]
1.cch cch
2.cch ch
3.cch c
1.ch ch
2.ch c
a1 et a2 sont semi-dominants
2.2.1 La co-dominance
White
1.c c
Co-dominance des groupes sanguins ABO
Il y a co-dominance quand les deux
phénotypes sont présents
+/+
m/+
m/m
[+]
[m,+]
[m]
Co-dominance des groupes sanguins ABO
1 gène: 3 allèles O, A, B
O
A
B
O/O O/A A/A O/B B/B
[O]
[A]
A dominant
[B]
A/B
[AB]
A et B
B dominant
Co-dominant
8
Semi-dominant (dominance incomplète)
2.2.2 La semi-dominance
Il y a semi-dominance quand le phénotype est
le résultat de la combinaison
des deux phénotypes
+/+
m/+
m/m
[+]
[m2]
[m1]
Les problèmes !!
La pénétrance incomplète et
l’expréssivité variable
La pléiotropie
L’épistasie
Polygénisme
Anonychia
2.2.3 La pénétrance incomplète
et l’expressivité variable
Attention! Il y a pénétrance incomplète ou
expressivité variable quand un même génotype
ne donne pas le même phénotype pour tous les
individus
+/+
[+]
m/+
[m] ou [+]
m/m
[m]
Anonychia
9
Neurofibromatose
Neurofibromatose
La pénétrance incomplète et
l’expréssivité variable
2.2.4 La pléiotropie
Un gène donne plusieurs phénotypes
Anémie falciforme: Le gène de l’hémoglobine, plusieurs symptômes
Autres gènes ??
L’environnement ??
Une substitution d’un acide
aminé dans la protéine de
l’hémoglobine
Douleurs, des ulcères des jambes, problèmes d’ossification,
des poumons, des reins, des yeux, anémie, retard de
croissance, …
2.3.1 L'hétérogénéité génétique
Plusieurs gènes peuvent donner un même phénotype
Exemple déficit de synthèse de l’arginine (arg-)
2.3. Les interactions génétiques
Voie de biosynthèse
Plusieurs gènes sont présents
Comment vont ils interagir?
10
2.3.2 Le polygénisme
Un phénotype est la conséquence
de l’effet de plusieurs gènes
Parental
generation
X
Jaune
Marron
F1 generation
Rouge
F2 generation
Rouge
9/16
Interaction de deux gènes
• Gene A (a1, a2):
Pigment rouge (a1) ou jaune (a2) dans le fruit
Jaune
Marron
3/16
3/16
a2/a2
b2/b2
Vert
1/16
a1/a1
b1/b1
•Gene A
a1/a1 et a1/a2: Pigment rouge
a2/a2: Pigment jaune
•Gene B
b1/b1: chlorophyle présente
b1/b2 b2/b2: chlorophyle absente
a1/a2
b1/b2
a2/a2
b1/b1
• Gene B (b1, b2):
La chlorophyle est présente (b1) ou absente dans le fruit (b2)
Rouge
9/16
2.3.3 L’épistasie
Epistasie: Quand. l’effet d’un gène va
“altérer” ou “masquer” l’effet d’un autre gène
Jaune
Marron
3/16
3/16
Vert
1/16
2.3.4 Les traits quantitatifs
Distribution des phénotypes avec 1 gène
Un gène A
impliqué dans la formation des cheveux
Un gène B
impliqué dans la couleur des cheveux
Un gène (A) qui empèche la croissance des cheveux est épistatique
sur les gènes (B, C, D, …) impliqués dans la couleur des cheveux !
A2A2
1
A2A1
2
A1A1
3
11
Distribution des phénotypes avec 3 gènes
1
2
3
4
5
6
Nombre important de gènes
“traits quantitatifs”
7
12