9. Génome – Innovations Génétiques
Le génome est l’ensemble des molécules d’ADN d’une cellule (= l’ensemble des chromosomes).
Les innovations génétiques sont les mécanismes qui conduisent à la modification du génome.
Pour que ce soit réellement des innovations génétiques, il faut qu’elles affectent les gènes et qu’elles puissent être transmises au fil des générations. Les innovations génétiques permettent ainsi la diversification du patrimoine génétique de l’espèce et la complexification du génome. Les mutations spontanées sont des phénomènes rares et aléatoires. La fréquence des mutations peut être augmentée par des facteurs mutagènes.
Les mutations sont les modifications de la séquence d’ADN, leurs effets sont observés sur la séquence primaire et la fonction du poly- peptide. Il ne faut pas confondre mutation et erreur de transcription qui peuvent avoir les mêmes conséquences sur la fonction de la protéine mais qui n’ont pas la même origine.
Les mutations affectant un gène créent de nouveaux allèles, ils possèdent toujours le même locus. Au cours de l’évolution, des nouveaux gènes apparaissent par duplication, cela nécessite la création de nouveaux loci.
Un gène polymorphe est forcément polyallélique alors qu’un gène polyallélique n’est pas toujours polymorphe.
1. Les mutations ponctuelles
Les mutations ponctuelles sont les mutations affectant un point du gène, c’est-à- dire une ou plusieurs paires de nucléotides adjacents.
Pour nommer une mutation ponctuelle, il est nécessaire de regarder ses conséquences sur la séquence et la fonction du polypeptide formé.
A. Mutations par substitution
Une paire de nucléotide de la molécule d’ADN est remplacée par une autre :
◗ mutation silencieuse : le codon de l’ARNm est modifié mais l’acide aminé est inchangé. Cette mutation met en avant la redondance du code génétique ;
◗ mutation neutre : le codon est modifié, l’acide aminé est changé mais la fonction de la protéine est inchangée ;
◗ mutation faux-sens : le codon est modifié, l’acide aminé est changé. Les conséquences sur la protéine et donc sur le phénotype sont variables. Elles dépendent de la nature de l’acide aminé modifié, de la position et du rôle de l’acide aminé dans la séquence de la protéine. La mutation peut affecter un gène du développement et entraîner des modifications du plan d’organisation de l’organisme ;
◗ mutation non-sens : le codon modifié devient un codon stop, le polypeptide est écourté.
B. Mutations décalantes
◗ Mutation par insertion : insertion d’un ou plusieurs nucléotides dans la séquence d’ADN → décalage du cadre de lecture.
◗ Mutation par deletion : suppression d’un ou plusieurs nucléotides dans la séquence d’ADN → décalage du cadre de lecture.
C. Mutations ponctuelles
Elles sont à l’origine de la formation de nouveaux allèles.
Une mutation, quelle que soit sa nature, aura des conséquences différentes selon si elle affecte une cellule somatique ou une cellule germinale :
◗ une mutation somatique se produit dans une cellule non sexuelle, elle n’a de conséquence que pour l’individu lui-même, elle n’est pas transmise à sa descendance, par contre elle peut être une cause de cancérisation ;
◗ une mutation germinale survient dans une cellule reproductrice, elle peut être transmise à la descendance et sera alors présente dans toutes les cellules de l’individu qui hérite de ce nouvel allèle.
Voici quelques exemples de mutations ponctuelles et leurs conséquences.
a. Gène de la β-globine
Il existe à l’heure actuelle plus de 450 allèles recensés pour ce gène. La molécule de β-globine entre dans la composition de la molécule d’hémoglobine qui assure le transport des gaz du sang. La molécule d’hémoglobine de l’homme adulte est constituée de 4 sous-unités protéiques : deux chaînes aet deux chaînes β. Chaque sous-unité est codée par un gène différent. La chaîne best codée par un gène polymorphe localisé sur le chromosome 11. L’allèle le plus répandu conduit à la synthèse d’une hémoglobine fonctionnelle, il est noté HbA. De nombreuses formes alléliques sont responsables de maladies héréditaires et sont présentes à des taux variant avec les populations étudiées. Les allèles mutés de la β-globine les plus fréquents sont :
◗ l’allèle HbS : dû à une mutation ponctuelle par substitution, il entraîne la drépa- nocytose. Il est rencontré chez certaines populations africaines et indiennes, dans les zones impaludées ;
◗ l’allèle HbC : formé suite à une mutation ponctuelle par substitution, il entraîne une forme d’anémie peu grave.
Plusieurs formes alléliques sont associées à la thalassémie (anémie héréditaire), elles sont dues à des mutations non-sens, des insertions ou des délétions. Les thalassémies sont surtout rencontrées dans le pourtour méditerranéen, en Afrique et dans le Sud-Est asiatique.
b. Gènes du système HLA (Human Leucocyte Antigen) ou complexe majeur d’histocompatibilité humain (CMH)
Chacune de nos cellules nucléées porte des marqueurs d’identité, « étiquettes » de nature protéique propre à chaque individu. Ces molécules interviennent dans la reconnaissance des cellules par notre système immunitaire. Ce sont elles qui sont en partie responsable de la prise ou du rejet d’une greffe. Les gènes codant pour les molécules du système HLA sont regroupés sur le chromosome 6 en 6 locus principaux (gènes A, B, C, DR, DP et DQ). Chacun de ces gènes porte un grand nombre d’allèles.
| Gènes du système HLA | Nombre d’allèles connus |
|---|---|
| DP | 100 |
| DQ | 50 |
| DR | 180 |
| B | 150 |
| C | 50 |
| A | 80 |
Chaque individu hérite à sa naissance d’un système HLA qui lui est propre, formé par les combinaisons alléliques reçues de ses deux parents. La plupart des mutations des gènes du système HLA ne sont pas à l’origine de pathologies mais confèrent une identité distincte à chaque individu.
c. Gène de la tyrosinase
La pigmentation de la peau, des poils et des yeux dépend, entre autres, du fonctionnement d’une enzyme nommée tyrosinase. Cette protéine catalyse plusieurs transformations de la chaîne métabolique de la tyrosine qui aboutit à la formation de la mélanine, un pigment. Plusieurs allèles défectueux de la tyrosinase conduisent à une hypopigmentation caractéristique du phénotype albinos. Différents phénotypes albinos sont observés dans la population, ils résultent soit d’une tyrosinase inactive, soit d’une tyrosinase partiellement active ou encore d’une tyrosinase active seulement dans certaines conditions environnementales.
2. Mutations chromosomiques et duplications
Des mutations affectant des séquences plus ou moins longues d’ADN (un ou plusieurs gènes) peuvent être rencontrées au cours de l’évolution. Ainsi, un gène peut être perdu (délétion), sa séquence peut être inversée (inversion), dupliquée et transposée (duplication/transposition) sur le même chromosome ou sur un autre chromosome.
Le processus de duplication/transposition est particulier. En effet, une copie du gène apparaît à un autre locus dans le génome. Les deux copies vont évoluer indépendamment, permettant ainsi la création de gènes apparentés. Les gènes apparentés sont issus du même gène ancestral, ils forment une famille multigénique (ex : la famille des globines). Ils permettent la synthèse de protéines homologues ayant des séquences proches et des fonctions parfois différentes. Pour être considérés comme apparentés, deux gènes doivent coder pour des protéines avec une similitude de séquence supérieure à 20 %.
Dans ce cas, les gènes sont d’autant plus semblables que la duplication du gène dont ils sont issus est récente.
Des exemples de famille multigéniques sont fournis ci-dessous.
a. La famille des globines
L’hémoglobine est formée de 4 sous-unités protéiques. Chez l’homme, plusieurs types d’hémoglobines sont synthétisés successivement au cours de la vie :
◗ l’hémoglobine embryonnaire formée de deux chaînes zêta + deux chaînes epsilon ;
◗ l’hémoglobine fœtale (HbF) contenant deux chaînes alpha + deux chaînes gamma ;
◗ l’hémoglobine après la naissance composée pour 97 % d’hémoglobine A1 (HbA1) contenant deux chaînes alpha + deux chaînes bêta et pour 3 % d’hémoglobine A2 (HbA2) avec deux chaînes alpha + deux chaînes delta.
Related posts:
Stay updated, free articles. Join our Telegram channel
Full access? Get Clinical Tree
