Génome et épigénétique

Génome

Génome

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

Localisation du génome

Dans les 23 paires de chromosomes

Gène

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

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

Locus

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

Allèle

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

Gènes des procaryotes

Information génétique est continue

Gènes des eucaryotes

Information génétique est discontinue

Segments importants formant l'information génétique des eucaryotes

-Exons -Introns

Exons

Séquence du gène qui codent pour parties de protéines

Introns

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

Épissage

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

Transcription vs Traduction

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

Spacers

Région du génome ne contenant pas de gènes

Séquences utiles de l'ADN

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

Séquences inutiles de l'ADN

-Séquences intergéniques -80-90% du génome

3 catégories de gènes

-Gènes solitaires -Gènes divergents -Gènes répétés en tandem

Gènes solitaires

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

Gènes divergents

-2 ou plus de copies

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

Gènes en tandem

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

2 types de séquences inutiles

-Séquences répétées en tandem -Séquences répétées dispersées

Séquences répétées en tandem

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

Séquences répétées dispersées

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

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

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

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

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)

Rôle des transposons dans la diversité

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

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

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

Open Reading Frame

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

Chromosome homologue

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

Nucléosome

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

Fibres de 11 nm

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

Fibres de 30 nm

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

Que permet la charge positive des histones

L'enroulement de l'ADN chargé négativement

Noyau protéique

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

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

Hétérochromatine

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

Euchromatine

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

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

-Complexe de remodelage -Modification chimiques réversibles

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

Modifications chimiques réversibles

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

Acétylation histones

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

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

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

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

CpG Islands

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

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

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

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

Vrai, il s'agit d'héritage épigénétique

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

Impact des marqueurs épigénétiques

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