•Génétique du développement•Génétique de l’évolution•Génétique médicale Etudedes relations génotype/phénotpe Science de la genèse des êtres vivants Génétique

Génétique

Science de la genèse des êtres vivants Etude des relations génotype/phénotpe

•Génétique du développement

•Génétique de l’évolution

•Génétique médicale

Une brève histoire de la génétique

•1866 découverte des lois de Mendel

•1900-1910 théorie chromosomique de l’hérédité

•1944 identification de l’ADN comme vecteur d’hérédité

•1953 la double hélice

•1970 le clonage de l’ADN

•2002 séquence du génome humain

•2006 répertoire de plusieurs millions de variants dans le génome humain

1.Unité, diversité du monde vivant 2.Organisation des génomes

3.Organisation des gènes eucaryotes

Unité, diversité du monde vivant

Unité du monde vivant

Ascendance commune (Darwin)

Grandes similarités de constitution et d’organisation:

•Les acides nucléiques véhiculent des informations

•Une même lecture de l’information: code génétique

• in vivo ADN

ARN

L’ADN permet ll’’autorenouvellementautorenouvellement du vivant dans un contexte cellulairecellulaire La cellule

La cellule estest un un systsystèèmeme complexecomplexe intintéégrgréé capable de se

capable de se reproduirereproduire et det d’é’évoluervoluer protéine

Transcription

Traduction

Diversité des organismes vivants

• Une grande variété de « formes »

• Des millions d’organismes vivants (espèces)

Apparition de la nouveauté: Reproduction

« presque » à l’identique

•Mutation ponctuelle

•Duplication, délétion

•Recombinaison

Mécanismes de renouvellement et de transmission du matériel génétique

Mutation: apparition de la nouveauté

Elimination maintien, expansion

cohérence interne, environnement

Le principe de l’évolution

Polymorphisme des individus au sein des espèces

Polymorphisme des Phénotypes

AGTCGGTAGCAGTAGATAATG

AGTCGGTAGCGGTAGATAATG Polymorphisme des Génotypes

environnement

•Polymorphisme des individus

•Différences génotypiques et phénotypiques

•Valeur adaptative, dérive génétique, isolement reproductif

Evolution des espèces, spéciation

Grandes lignes d’une classification du vivant

• Procaryotes/eucaryotes,

unicellulaires/multicellulaires

=regroupement par similitude

• Phylogénie = regroupement par ascendance commune

eubactéries archéobactéries

eucaryotes

VIRUS mitochondries

Organisation des génomes

~ 10

~ 30 000 3,0 x 10

H. sapiens

~ 33

~ 20 000 1,8 x 10

drosophile

~ 1,5

~ 25 000 2,0 x 10

Xenope

~ 70

~ 7000 1,3 x 10

Levure

~ 90

~ 4000

~ 4,2 x 10

E. coli

% ADN codant gènes

nucléotides Espèces

Organisation des génomes

GENOME HUMAIN 3200 MB

ADN intergénique:

2000 MB

Séquences

répétées: 1400 MB Autres: 600 MB Gènes: 1200 Mb

ORGANISATION DU GENOME HUMAIN

Tous les

chromosomes 10⁶

10⁶ 6000

300 Dispersées

Line Alu

Centromères Télomères Tous les

chromosomes 8x10⁵

10⁴

5x10⁵ 171

6

1-5 En tandem

•DNA satellite α

•Minisatellites télomériques

•microsatellites

localisation Nombre de

copies Taille du

motif Type de

répétition

ADN répété « non codant »

•Minisatellites télomériques: (TTAGGG)n

•Microsatellites: (GT)n ou (ATT)n

•Grand polymorphisme de ces séquences (n variable)

AGCCCATGAGTGTGTGTGTATTTGGA

AGCCCATGAGTGTGTGTGTGTGTGTATTTGGA

ADN répété codant

• Familles de gènes: ex globines, histones

• (quelques gènes à quelques centaines de gènes)

• ADN codant pour les ARNs ribosomiques

• (10 000-50 000 gènes)

• ADN codant pour les ARNs de transfert

duplication

Mutations

Gains et perte de gènes, évolution par duplication Familles de gènes

Mécanismes de duplication des séquences

•Transposition

•Recombinaison inégale

•Duplication de l’ensemble du génome

rétrotransposition

ARN

ADN Locus A

Locus B Locus A

Locus B

LINE 6000 nt

POL ^POLYA

POLYA

ALU

Un petit nombre de séquences LINE et ALU sont « actives » La rétrotransposition peut entraîner des anomalies génétiques

Prak & Kazazian. (2000) NRG. 1: 134-144

une conséquence de la présence de séquences répétées

Recombination illégitime

Organisation des gènes

eucaryotes

EXON 1 EXON 2 EXON3 EXON 4 TRANSCRIPTION

EPISSAGE promoteur

AUG UGA

ADN

ARN transcrit primaire

ARNm

protéine TRADUCTION

Organisation modulaire des gènes

Notions de taille des gènes eucaryotes

• Exons: 150-200 nucléotides en moyenne

• Introns: très variable selon les espèces et selon les gènes

• Nombre d’exons par gène: de 1 à plusieurs

centaines (souvent autour de 10-20)

Structure modulaire et combinatoire des protéines

EXON 1 EXON 2A EXON 2B EXON 3

EX 1 EX 2A EX 3 EX 1 EX 2B EX 3 TRANSCRIPTION

EPISSAGE

Diversité fonctionnelle des isoformes protéiques

Epissage alternatif:

1 gène, plusieurs protéines

ARNm ARN

P1 P2

EX 2 EX 3

P1 P2

EXON 1A EXON 1B EXON 2 EXON 3 EXON 1A EXON 1B EXON 2 EXON 3

EX 1A EX 1BEX 1BEX 1B EX 2EX 2EX 2 EX 3EX 3EX 3

Promoteurs et épissage alternatifs :

transcription

épissage

EXON 1A EXON 1B EXON 2 EXON 3

EXON 1A EXON 1B EXON 2 EXON 3 EXON 1BEXON 1B EXON 2EXON 2 EXON 3EXON 3

Nouvelle combinaison des exons Recombinaison non allélique du génome:

Diversité combinatoire facilitée au cours de l’évolution

E1 E2

E’1 E’2 E’3

E’2 E’3

E1 Gène A

Gène B

Gène C

Rôles des introns?

1- Pour l’expression des gènes

• Source d’ARNs non codant

• Source d’éléments de régulation

• Générateurs de diversité par épissage alternatif

2- Au cours de l’évolution?

• Permettent le partage de domaines entre différents gènes par recombinaison au cours de l’évolution