Chapitre 16 Mutation, réparation et recombinaison. Le phénotype produit par une mutation instable chez Zinnia sp.

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1 Chapitre 16 Mutation, réparation et recombinaison Le phénotype produit par une mutation instable chez Zinnia sp.

2 La mutation génique Deux grands processus sont responsables de la variation génétique: la recombinaison et la mutation. La mutation est le processus par lequel des changements se produisent dans la séquence d ADN d un gène. Un événement mutationnel désigne l apparition d une mutation. Dans la mutation génique, l allèle d un gène est changé en un autre allèle. Puisqu un tel changement se produit à l intérieur d un seul gène et est localisé en un locus unique du chromosome, on appelle parfois les mutations géniques des mutations ponctuelles. Dans l autre niveau de changement héréditaire, la mutation chromosomique, des fragments de chromosomes, des chromosomes entiers ou même des jeux complets de chromosomes changent. Ce type de mutation héréditaire n implique pas nécessairement de mutation génique et ne sera pas couvert dans ce chapitre.

3 Les mutations ponctuelles Mutations ponctuelles: Substitutions d une seule paire de nucléotides. Il en existe deux principales catégories: 1)Transition - transversion 2) Insertion - délétion (ou indel) 1)Transition-transversion: Transition: Purine remplacée par une purine différente ou pyrimidine remplacée par une pyrimidine différente. Exemple: A G, C T, etc. Transversion: Purine remplacée par une pyrimidine ou pyrimidine remplacée par une purine. Exemple: A C, A T, etc.

4 Transition - transversion Mutation synonyme: Le triplet code le même acide aminé. Exemple: AGG CGG (les deux codent Arg) Mutation faux-sens conservative: Le codon spécifie un acide aminé fonctionnellement équivalent. Exemple: AAA AGA (change la Lys en Arg basique elle aussi) Mutation faux-sens non conservative: Le codon spécifie un acide aminé fonctionnellement différent. Mutation non-sens: Le codon signale la terminaison de la chaîne. Exemple: CAG UAG (change la Gln en un codon STOP)

5 Insertion - délétion (indel) Mutation par décalage du cadre de lecture: Toute addition ou délétion de paires de bases qui n est pas un multiple de 3 modifie le cadre de lecture dans les segments d ADN qui codent des protéines. Ceci conduit à de nouveaux acides aminés à partir de ce site mutationnel et parfois à une terminaison anticipée (ou plus lointaine) de la chaîne polypeptidique.

6 Les mutations ponctuelles

7 Les conséquences des mutations au niveau de l ARN et des protéines

8 Les positions des sites mutés et leurs conséquences Les mutations qui touchent le site actif de la protéine ou en sont proches aboutiront probablement à la perte de fonction; on parle dans ce cas de mutations complètes. Les mutations touchant des zones moins essentielles d une protéine auront probablement un effet moins néfaste, produisant souvent des mutants partiels.

9 Mutations spontanées et induites Les mutations dans les gènes peuvent apparaître spontanément ou être induites. Les mutations spontanées sont des mutations qui apparaissent naturellement et peuvent toucher n importe quelle cellule. Les mutations induites se produisent à la suite de l action de certains agents appelés mutagènes qui augmentent le taux d apparition des mutations.

10 Mutations spontanées Des erreurs dans la réplication de l ADN, des lésions spontanées et même des éléments génétiques transposables peuvent être à l origine des mutations spontanées. Des erreurs dans la réplication de l ADN: 1- Transitions 2- Transversions 3- Mutations par décalage du cadre de lecture Des lésions spontanées: 1- La dépurination 2- La désamination 3- Les bases endommagées par oxydation

11 Erreur dans la réplication de l ADN - tautomérie Tautomérie: Chacune des bases de l ADN peut exister sous plusieurs formes alternatives, appelées tautomères. Ce sont des isomères qui diffèrent par la position de leurs atomes, ainsi que par les liaisons de ces atomes. Les différentes formes sont en équilibre. La forme céto de chaque base est normalement présente dans l ADN, tandis que les formes imino et énol des bases sont rares. L insertion d un mauvais tautomère d une base standard peut mener à un mésappariement, susceptible de créer une mutation au cours de la réplication de l ADN. Tous ces mésappariements sont des exemples de mutations par transition.

12 Les lésions spontanées - dépurination et désamination Dépurination: Interruption d une liaison glycosidique entre la base et le désoxyribose, qui entraîne la perte d un résidu guanine ou adénine de l ADN. Au cours de la réplication, les sites apuriniques ainsi produits ne peuvent plus spécifier la base complémentaire de la purine d origine. Désamination: La désamination de la cytosine produit de l uracile. Des résidus d uracile non réparés s apparieront avec de l adénine au cours de la réplication, provoquant la conversion d une paire de G-C en une paire de A-T (transition G-C en A-T).

13 Les lésions spontanées - bases endommagées par oxydation Bases endommagées par oxydation: Les formes d oxygène actif, telles que les radicaux superoxyde (O 2- ), le peroxyde d hydrogène (H 2 O 2 ) et les radicaux hydroxyle (OH) sont des sous-produits du métabolisme aérobique normal. Ces molécules peuvent provoquer des lésions oxydatives dans l ADN, ainsi que dans les précurseurs de l ADN (tels que le GTP), ce qui crée des mutations. Ce type de mutations a été mis en cause dans de nombreuses maladies génétiques humaines. Peut bloquer la réplication de l ADN Forme souvent un mésappariement avec un A Bases endommagées à la suite de l attaque de l ADN par des radicaux oxygène. dr=désoxyribose.

14 Les mutations induites Spécificité mutationnelle: En général, la distribution des mutations induites par des agents mutagènes différents présente une spécificité caractéristique pour chaque mutagène. EMS: Éthylméthanesulfonate UV: Rayons ultra-violets AFB 1 : Aflatoxine B1

15 Les mécanismes de la mutagénèse 1- L incorporation d analogue de bases: Certains composés chimiques ressemblent suffisamment aux bases azotées normales de l ADN pour être parfois incorporés dans celui-ci à la place des bases normales. On appelle ce type de composés des analogues de bases (exemple: 5-bromouracile ou 5-BU, 2-aminopurine ou 2-AP). 2- Les mésappariements spécifiques: Certains mutagènes ne sont pas incorporés dans l ADN et au lieu de cela modifient une base en provoquant un mésappariement spécifique (exemple: agents alkylants tels que l éthylméthanesulfonate ou EMS et la nitroguanidine ou NG).

16 Les mécanismes de la mutagénèse 3- Les agents intercalants: Ces agents sont des molécules planes qui ressemblent aux paires de bases et sont capables de se glisser (de s intercaler) entre les bases azotées empilées au cœur de la double hélice d ADN (exemple: proflavine, acridine orange, etc.). 4- Les lésions de bases: Un grand nombre de mutagènes endommagent une ou plusieurs bases, empêchant ensuite tout appariement spécifique des bases. Le résultat est un blocage de la réplication, car la synthèse de l ADN ne peut se poursuivre au-delà d une base qui ne peut reconnaître son partenaire complémentaire par la formation de la liaison hydrogène (exemple: lumière UV, radiations ionisantes).

17 Mutations somatiques et germinales Les gènes et les chromosomes peuvent être mutés dans le tissu somatique ou dans le tissu germinal. On parle respectivement de mutations somatiques et de mutations germinales. On appelle clone, une population de cellules identiques provenant d une même cellule mère par division asexuée. Les membres d un clone ayant tendance à rester proches les uns des autres au cours du développement, l un des résultats observables d une mutation somatique est souvent un groupe de cellules phénotypiquement mutantes, appelé secteur mutant. Plus la mutation se produit tôt dans le développement, plus le secteur mutant sera grand.

18 Mutations somatiques et germinales Mutations somatiques Mutations germinales

19 Taux et fréquence de mutation Le taux de mutation est le nombre de mutations en une unité de temps donné. La fréquence de mutation est la fréquence à laquelle un type spécifique de mutation est présent dans une population de cellules ou d individus.

20 Mutation et cancer Les deux principaux mécanismes par lesquels un cancer peut se développer consistent en: 1) Des mutations menant à la transformation de proto-oncogènes en oncogènes. 2) Des mutations dans des gènes suppresseurs de tumeurs.