L ADN. Evolution. & Révolution. 25 Février 2015 Mini-Stage ADN

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1 25 Février 2015 Mini-Stage ADN L ADN Evolution Laurent Chatre, PhD Chargé de Recherche CNRS, Institut Pasteur,UMR3525 Dép. Biologie du Développement & Cellules Souches 28 Rue du Dr Roux, Paris Cedex 15 laurent.chatre@pasteur.fr & Révolution

2 Parcours de Recherche

3 Parcours universitaire Faculté de Médecine & Biologie Médicale Faculté de Biologie

4 Reticulum Endoplasmique SNAREs Thèse de Doctorat (2002/ ans) Arabidopsis thaliana Trafic intracellulaire

5 Post-Doctorat ( ) Mitochondrie Prof. Federica Brandizzi Thèse de Doctorat (2002/ ans) Arabidopsis thaliana Trafic intracellulaire

6 Post-Doctorat ( ) Post-Doctorat ( ) Prof. Bernard Dujon Prof. Federica Brandizzi Mr. F. R. Lacoste Dr. Miria Ricchetti Thèse de Doctorat (2002/ ans) Arabidopsis thaliana Trafic intracellulaire

7 Post-Doctorat ( ) Post-Doctorat ( ) Prof. Bernard Dujon Prof. Federica Brandizzi Mr. F. R. Lacoste Dr. Miria Ricchetti Concours Chercheur CNRS (01/10/2011) Thèse de Doctorat (2002/ ans) Arabidopsis thaliana Trafic intracellulaire

8 Que signifie «ADN»?

9 Acide Désoxyribo Nucléique

10 Quelles sont les 4 bases qui constituent l ADN?

11 Les 4 bases de l ADN A Adénine G Guanine C Cytosine T Thymine Purine Pyrimidine

12 Les bases sont modifiées Phosphates Adénosine Désoxyribose Guanosine BASE Thymidine Cytidine

13 Comment est organisé l ADN?

14 2 Brins d ADN complémentaires -> ADN double brin

15 La double hélice d ADN Cytosine C G Thymine T A Guanine Adénine

16 Histoire de l ADN Watson & Crick

17 Qui contient de l ADN?

18 Particularités/Exceptions VIRUS Virus à ADN Papillomavirus (HPV) Hépatite B Virus à ARN Sida (HIV) Grippe Coronavirus Ebola

19 ARN Acide Ribo Nucléique

20 ADN A Adénine G Guanine C Cytosine T Thymine Purine Pyrimidine

21 ARN A Adénine G Guanine C Cytosine U Uracile Purine Pyrimidine

22 La séquence d ADN n est pas aléatoire. Patrimoine génétique

23 Lecture de l ADN Le Gène Promoteur initiation terminaison

24 Lecture de l ADN ADN -> ARN -> Protéine Transcription Maturation Double brin Simple brin Traduction

25 Lecture de l ADN ADN -> ARN -> Protéine Transcription Maturation Simple brin Double brin Simple brin Traduction

26 Lecture de l ADN ADN -> ARN -> Protéine Transcription Maturation Simple brin Double brin Simple brin Traduction

27 Lecture de l ADN ADN -> ARN -> Protéine initiation ADN-> ATG ARN-> AUG Prot-> Methionine Terminaison/STOP ARN->UAA/UAG/UGA

28 La double hélice de l ADN est organisée en une super-structure

29 Hélice d ADN double brin La chromatine Nucleosome avec les Histones Chromatine

30 Le Chromosome

31 25 Février 2015 Stage ADN Le chromosome Hélice d ADN double brin Nucleosome Chromatine Section de chromosome Condensation du chromosome Chromosome entier avec les Histones EPIGENETIQUE Régulation: *du génome (expression et silencing) *Chromatine (Hétérochromatine / Euchromatine) Acétylation Methylation microarn

32 Structure du chromosome Centromère Télomère Télomère Télomère Télomère Chromatide

33 L ADN se réplique Origine de Réplication Cycle cellulaire: Phase S

34 L ADN se réplique et se sépare: division

35 Les gènes Le Génotype et Génome Les traits de caractères Le Phénotype L ensemble des chromosomes Le Karyotype Est-ce que les gènes sont les seuls éléments du génome?

36 Les éléments du génome Centromère Télomère Gène Gène Télomère Origine de réplication Pseudo-gène Elément Transposable (Transposon) Séquences répétées

37 Les éléments transposables Découverte des «gènes sauteurs» ou «Transposons» par Barbara McClintock durant chez le MAÏS

38 Combien de lésions de notre ADN / Cellule / Jour? 150,000 Lésions de l ADN (oxidation) 2,000 10,000 Dépurinations 5,000 Cassures Simple-brin Cassures Double-brin

39 Polymorphismes et SNP (Single Nucleotide Polymorphism)

40 Les Chromosomes humains

41 Homme: 23 paires de chromosomes (46 chromosomes) 22 paires: autosomes

42 Est-ce que tous les organismes vivants ont la même taille d ADN et le même nombre de gènes?

43 Taille des génomes Nombre de gènes Raisin Homme Poulet Mouche E.coli

44 Hérédité du patrimoine génétique

45 Gregor Mendel (Moine catholique, ) Couleur des petits pois Lois de Mendel (1865) Hérédité génétique

46 Où est contenu l ADN?

47 L ADN est contenu directement dans la cellule dans un NOYAU protecteur Bactérie Virus

48 Existe-t-il un seul type d ADN?

49 3 types d ADN ADN nucléaire ADN mitochondrial ADN chloroplastique Noyau La vie de la cellule Mitochondrie Oxygène + Sucre Oxydant (ROS) Energie (ATP) Chloroplaste Lumière Oxygène

50 Une cellule

51

52 Communication ADN nucléaire Métabolisme ADN mitochondrial Mort Virus ARN Bactérie Protéine

53 3 types d ADN ADN nucléaire ADN mitochondrial ADN chloroplastique Noyau La vie de la cellule Mitochondrie Oxygène + Sucre Oxydant (ROS) Energie (ATP) Chloroplaste Lumière Oxygène

54 Test de paternité ADN artificiel Maladies L ADN Evolution Vieillissement Criminologie

55 L ADN Vieillissement

56 L ADN et le vieillissement

57 Les télomères raccourcissent Division cellulaire Diminution de la division Accumulation d erreurs

58 Immortalité et télomérase? 1980 Découverte de l enzyme qui maintient et allonge les télomères Activation de la télomérase et longévité?

59 Les cellules cancéreuses ont leurs télomérases activées

60 Facteurs multiples Raccourcissement des télomères Temps Stress oxydatif STRESS ET METABOLISME Excès du sucre

61 La médecine régénérative & les cellules souches

62 Super cellule avec super pouvoir Capacité d auto-renouvellement Capacité de différentiation entre d autres cellules -> REGENERATION TISSULAIRE

63 De la cellule souche au muscle Cellule Souche Quiescente Mitochondrie F-Actin Noyau (ADN) Activation Stem cell Différentiation Formation de fibres musculaires

64

65 ADN nucléaire ADN mitochondrial

66 Maladies L ADN

67 Dommage de l ADN

68 Les dommages de l ADN

69 Mutations de l ADN

70 Les mutations de l ADN mutations par division cellulaire chez l Homme A la naissance, nous recevons en moyenne 60 nouvelles mutations (1 / de bases)

71 Conséquences des mutations non réparées Mutation silencieuse Absence de maladie Mutation non silencieuse Perturbation de l ADN Perturbation d un gène? Maladies (Cancers, Syndromes)

72 La cellule cancéreuse * Résistante à la mort * Hyper Proliférative * Glycolyse/Mitochondrie

73 La Pré-Eclampsie Maladie de la grossesse * 5% des grossesses * 8,000,000 de femmes * 500,000 décés Mutation dans le gène STOX1 (facteur de transcription)

74 Découverte d un mécanisme inédit de Pré-éclampsie

75 Découverte d un mécanisme inédit de Pré-éclampsie Stress nitrosatif souris Controle Pré-éclampsie Stress oxidatif Culture de cellules humaines Controle Pré-éclampsie

76 Exemple d infection Shigella flexneri Mitochondries (ADN mitochondrial) Noyau (Adn nucléaire) Bactéries Cellule humaine infectée (reconstruction 3D)

77 Trisomie 21 Un chromosome supplémentaire

78 ADN mitochondrial et maladies

79 Les maladies mitochondriales

80 ADN et Dépistage des maladies

81 Dépistage des maladies (1) Echantillon (2) Extraction Et Purification de l ADN

82 Dépistage des maladies (3) PCR Amplification de la séquence ADN Analyse sur gel d agarose

83 Dépistage des maladies (3bis) Séquençage de l ADN et analyse Comparaison avec la séquence de référence

84 Machine PCR Machine Séquenceur ADN

85

86 Dépistage d anomalie de l ADNmt Technologie mtrip Chatre L., Ricchetti M. Methods Mol Biol Chatre L., Ricchetti M. Nucleic Acid Res Chatre L. Ricchetti M. J Cell Sci International Patent, WO A1 2012

87 La thérapie génique

88 Thérapie génique

89 Grands projets sur l ADN

90 Analyse du Génome humain L encyclopédie des Éléments de l ADN Variations Génétiques humaines

91

92 Test de paternité L ADN

93 Le test de paternité 1- Echantillon 2- Extraction d ADN 3- Amplification de l ADN (PCR) 4- Gel agarose Analyse de mini séquences répétées (minisatellites) caractéristiques de chaque individu

94 L ADN Criminologie

95 Le test ADN et les crimes

96 Le test ADN et les crimes

97 ADN artificiel L ADN

98 2012: L ADN pour stocker les données informatiques 700 terabytes dans 1 gram d ADN

99 2014: Nouvelle paire de bases artificielles «X-Y» dans une bactérie

100 2014: La première levure Sc2.0 (avec un demi-chromosome artificiel)

101 2014: L ADN survit dans l espace

102 L ADN Evolution

103 Séquençage de génomes Prof. Bernard Dujon Analyses et découvertes de nouvelles levures

104 Dans 1,000 ans nous pourrions ressembler à :

105 De Dolly (1996) au premier clone humain (2013)

106 X-Men: Des mutants aux superpouvoirs -> des mutations dans leurs gènes

107 Spiderman: Peter Parker est mordu par une araignée génétiquement modifiée -> de nouveaux gènes

108 Le 5 ème élément: Leeloominai LeKatariba Laminatchai Ekbat De Sebat est reconstituée gràce à l ADN de la main

109 Jurassic Park: Recréer les dinosaures à partir de l ADN dans le sang contenu dans les moustiques

110 Hulk: Bruce Banner, physicien, est fortement exposé au rayon Gamma -> forte modification de son ADN

111 Daredevil: Matt Murdock, enfant, est fortement exposé À des déchets radioactifs -> forte modification de son ADN

112 Flash: Après exposition à un produit chimique

113 Les Tortues Ninja: Après exposition à un produit mutagène

114 Test de paternité ADN artificiel Maladies L ADN Evolution Vieillissement Criminologie

115 L ADN, Evolution et Révolution Mini-stage ADN 25 Février 2015 Laurent Chatre, PhD Chargé de Recherche CNRS, Institut Pasteur,UMR3525 Dép. Biologie du Développement & Cellules Souches 28 Rue du Dr Roux, Paris Cedex 15