Génome et épigénétique

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Génome

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Génome

-Ensemble du matériel génétique codé dans l'ADN -Gènes et séquences sans gènes -Séquences codantes = traduction protéines = gènes -Séquences non-codantes = pas traduites

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Localisation du génome

Dans les 23 paires de chromosomes

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Gène

-Séquence d'ADN content information pour produire un ARN (habituellement protéine) -Porte une/des caractéristique(s) hériditaire(s)

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ARN non-codant

-Gènes transcrits en ARN mais pas traduits en protéines -Fonctionnels + impliqués dans processus cellulaires -ARNm et ARNt pour traduction ARNm en protéines -snRNA dans les complexes snRNP pour épissage pré-ARNm en ARNm mature

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Locus

-Place spécifique sur un chromosome -Invariable car endroit physique sur chromosome

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Allèle

-Version donnée d'un gène -Allèles d'un même gènes varient entre individus = diversité -2 allèles par gène (une version par chromosome)

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Gènes des procaryotes

Information génétique est continue

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Gènes des eucaryotes

Information génétique est discontinue

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Segments importants formant l'information génétique des eucaryotes

-Exons -Introns

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Exons

Séquence du gène qui codent pour parties de protéines

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Introns

-Séquences du gènes qui ne codent pas pour parties de protéines -Éliminés par épissage

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Épissage

-Introns éliminées du pré-ARNm -Liaison exons pour former l'ARNm mature

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Transcription vs Traduction

-Transcription = Synthèse ARN à partir de l'ADN -Traduction = Synthèse de protéine à partir de l'ARNm

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Spacers

Région du génome ne contenant pas de gènes

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Séquences utiles de l'ADN

-Gènes 10-20% -Exons seulement 1,5-2% -Info pour protéines et certains petits ARN

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Séquences inutiles de l'ADN

-Séquences intergéniques -80-90% du génome

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3 catégories de gènes

-Gènes solitaires -Gènes divergents -Gènes répétés en tandem

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Gènes solitaires

-Une seule copie dans tout le génome -Majorité des gènes

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Gènes divergents

-2 ou plus de copies

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Famille de globines

-Avant naissance =Globine alpha et gamma -Après naissance = Globine alpha et béta -Cycles répétés de duplication et mutation ont généré cette famille

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Gènes en tandem

-Répétés plusieurs fois sur un même chromosome -Ex = gènes codant pour histones -Plusieurs copies = Plus grande production de protéines

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2 types de séquences inutiles

-Séquences répétées en tandem -Séquences répétées dispersées

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Séquences répétées en tandem

-STR = Short Tandem Repeats (2 à 6 nucléotides) -VNTR = Variable Number of Tandem Repeats (10 à 100 nucléotides)

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Séquences répétées dispersées

-Éléments transposables -LINE = Long Interspersed Nuclear Element -SINE = Short Interspersed Nuclear Element

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Short Tandem Repeats

-2 à 6 nucléotides -Répétées 5 à 200 fois en tandem dans un même locus -Nombre varie dans un locus pour chaque individu -Utiles pour DNA Fingerprinting

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Variable Number of Tandem Repeats

-10 à 100 nucléotides -Répétées 10 à 1500 fois dans un même locus -Nombre varie dans un locus pour chaque individu -Utiles pour DNA Fingerprinting

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Éléments transposables

-Transposons, 42% du génome humain -Séquence d'ADN capable de se déplacer de manière autonome -Mécanisme de transposition -Peuvent transporter des gènes et donc diversité -Chez bactéries = Transmission résistance antibiotiques

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Types de transposons

-Transposons (se déplacent en tant qu'ADN par processus de recombinaison) -Rétrotransposons (vestiges ancien rétrovirus, transcrit en ARN, ensuite ARN devient ADN, insertion autre locus)

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Rôle des transposons dans la diversité

-Mobilisation d'exons avec transposons -Création de nouveaux gènes -Impact régulation d'un gène déjà existant

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Séquences LINE

-Long Interspersed Nuclear Elements (L1, L2, L3) -Rétrotransposons disséminés dans génomes eucaryotes -21% du génome -LINE-1 = Seul élément encore actif de façon autonome dans le génome

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Séquences SINE

-Short Interspersed Nuclear Element -Alu = plus commun avec 11% génome (300 pdb), copies ADN des transcrits par ARN Pol III -Dépend des rétrotransposons LINE pour réplication

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Open Reading Frame

-Cadre ouvert à la lecture -Séquence qui code pour une protéine

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Chromosome homologue

Une des deux copies d'un chromosome dans une cellule diploïde

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Nucléosome

-Unite d'organisation de base de la chromatine -Un segment d'ADN + complexe protéique d'histones

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Fibres de 11 nm

Enroulement de l'ADN autour des histones chargés positivement (H2A, H2B, H3, H4)

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Fibres de 30 nm

-État naturel de l'ADN entouré de protéines -Pendant interphase

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Que permet la charge positive des histones

L'enroulement de l'ADN chargé négativement

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Noyau protéique

-Dans le nucléosome -2 copies des histones H2A, H2B, H3, H4 -147 pdb font environ 2 tours

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Histone H1

-Lie ADN au niveau où rentre et sort de la particule de coeur -Compacte ADN -Force rapprochement de l'ADN entrant et sortant, limiter mouvement et scellant complexe nucléoprotéique

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Hétérochromatine

-Chromatine fortement condensée = Peu accessible -Contient peu de gènes -Télomères, centromères -Expression des gènes reprimée -Noyau en mitose et interphase

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Euchromatine

-Zones plus lâches -Segments fréquemment utilisés plus accessibles -Expression des gènes possible -Noyau en interphase

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2 moyens de modifier la structure et l'état de condensation de la chromatine

-Complexe de remodelage -Modification chimiques réversibles

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Complexes de remodelage

-Modifient position ADN enroulé autour des nucléosomes -Condensation et décondensation ADN après glissement des nucléosomes -Dépend de l'ATP, Plusieurs cycles d'hydrolyse pour déplacement

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Modifications chimiques réversibles

-Affectent histones (queue N-terminale) = Acétylation, Méthylation, Phosphorylation -Affectant ADN = Méthylation -Chromatine condense ou décondense -Gènes sont ON ou OFF

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Acétylation histones

-Neutralise charge positives à la surface histones (lysine et arginine) -Décondense chromatine -Si groupes acétyle enlevés, chromatine reprend forme condensée

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Phosphorylation histones

-Groupe phosphate (-) ADN interagit moins fortement avec histone (+) -Phosphorylation ajoute charge négative à l'histone empêchant enroulement -Décondense chromatine -Enlever groupes phosphates, chromatine reprend sa forme condensée

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Méthylation histones

-Répression ou activation de la transcription -Si groupe méthyles sont enlevés, chromatine reprend sa forme originale -Ex = Diméthylation H3 à la Lysine 9 = Signal pour répression de transcription ; Triméthylation H3 à la Lysine 4 = Active transcription

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Méthylation ADN

-Méthylation des cytosines = Toujours une augmentation de la condensation ADN -Toujours répression de la transcription -Enlever groupes méthyles permet à la chromatine de reprendre forme moins condensé

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CpG Islands

-Régions riches en C et G en amont de promoteurs -C méthylés = promoteurs réprimés = pas d'expression des gènes

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Épigénétique

-Changements héritables dans expressions des gènes ou phénotypes sans changements de la séquence d'ADN -Mécanismes épigénétiques ont un rôle important dans maintien + établissement de types cellulaires -Marques épigénétiques transmissibles d'une génération à l'autre ou réversibles

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Transmission méthylation ADN

-Marque épigénétique -Transmise aux cellules filles par des méthylases de maintien -Copie le patron de méthylation du vieux brin sur nouveau brin après réplication ADN

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Vrai ou faux? Il est possible de transmettre des marques épigénétiques des histones aux cellules filles.

Vrai, il s'agit d'héritage épigénétique

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Facteurs influençant l'expression des gènes

Environnement et histoire individuelle = -État psychologique -Exercice (très important, impacts générations futures) -Situation économique -Drogues -Médicaments, Médecine alternative -Nutrition

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Impact des marqueurs épigénétiques

-Développement de maladies, cancers -Comportement -Vieillissement et longévité

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