Du gène à la protéine et aux applications en médecine

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1 Du gène à la protéine et aux applications en médecine REPLICATION REPARATION ADN TRANSCRIPTION INVERSE (retrovirus) TRANSCRIPTION ARN 83% ARNr 1 à 2% ARNm 15% ARNt + petits ARN TRADUCTION PROTEINES M Benoist S il y a un problème avec le matériel génétique cela peut causer un défaut de fonctionnement de l organisme et conduire à la pathologie. Les maladies génétiques Un allèle est une version possible d'un gène peuvent être classées en fonction de la position du gène responsable de l'anomalie S'il est situé sur la paire de chromosomes sexuels, la maladie est dite gonosomale s'il est localisé sur une paire de chromosomes homologues, la maladie est dite autosomale individu homozygote pour ce gène Loci avec des allèles identiques chromosome individu hétérozygote pour ce gène chromosome Si les deux allèles s'expriment en même temps on dit qu'ils sont codominants, si l'un des deux s'exprime et l'autre reste "muet" on dit que le premier est dominant et l'autre récessif. L'origine de ces polyallélies trouve son explication dans les différentes mutations que peuvent subir les allèles. chromosomes sexuels Loci avec des allèles différents 1

2 Mutation (génétique) Différents types de mutation Une mutation est une modification irréversible de l'information génétique. Les mutations peuvent être dues à des erreurs de copie du matériel génétique au cours de la division cellulaire, ou à l'exposition à des agents mutagènes (radiations, agents chimiques, virus). Une très grande partie des erreurs commises au cours de la réplication du génome sont corrigées par les mécanismes de réparation de l'adn, et seule une faible part de ces erreurs deviennent des mutations transmises aux cellules-filles. Les mutations peuvent être classées selon leurs modalités de modification du gène : Mutations ponctuelles (Ne modifient qu'un nucléotide de la séquence d'adn) Mutations par substitution : les mutations faux-sens : changement d'un nucléotide par un autre. Dans certains cas, cette modification de nucléotide entraîne une modification de l'acide aminé codé. Le changement d'un acide aminé peut avoir ou non une répercussion en terme de fonction de la protéine produite par le gène, dans le cas d'un gène codant, ou d'une modification d'affinité pour un facteur de transcription, dans le cas d'une zone promotrice de l'adn. Chez les animaux pluricellulaires, les mutations de la lignée germinale peuvent être transmises à la descendance, contrairement aux mutations somatiques. Les mutations expliquent l'existence d'une variabilité entre les gènes. Différents types de mutation les mutations non-sens : changement d'un nucléotide provoquant le remplacement d'un codon d un acide aminé par un codon stop. Cela entraîne la production d'une protéine tronquée. les mutations silencieuses : changement d'un nucléotide mais le nouveau triplet code pour le même acide aminé que le triplet original, donc cette mutation n'a aucune conséquence. Décryptage de 1961 à 64 UUU = phénylalanine Insertions et délétions : les mutations décalantes : une addition ou une suppression de nucléotides non multiple de 3 provoquera un changement de cadre de lecture. Au moment de la traduction, cela générera le plus souvent une protéine tronquée par l'apparition d'un codon-stop prématuré. 2

3 Hérédité autosomique dominant On dit qu un caractère est DOMINANT lorsqu il entraîne un effet phénotypique à l état hétérozygote Règles théoriques de l hérédité autosomique dominante femme homme En génétique humaine, dans la plupart des cas, le phénotype homozygote est beaucoup plus sévère, voire létal. Quand on parle d individus atteints, il s agit d hétérozygotes pour la mutation. La transmission est verticale. Un individu atteint a 50 % de risque de transmettre la maladie à ses enfants (50% à chaque grossesse) Un individu atteint a forcément un parent atteint Un individu sain n a pas de risque de transmettre la maladie. La transmission s effectue sans saut de génération. Règles de l hérédité autosomique récessive Maladie de Huntington Mise en évidence par le neurologue américain George Huntington en 1872 Elle débute en général en 30 et 45 ans et touche environ 1 personne sur 5000 en France Elle atteint indistinctement les hommes et les femmes Les sujets atteints naissent de parents normaux mais hétérozygotes. Risque = 25 % à chaque grossesse. Les deux sexes sont également atteints. Il existe des formes juvéniles (10%) qui débutent avant l age de 20 ans L évolution de cette maladie est irréversible. Affection neurodégénérative héréditaire autosomique dominante 3

4 La maladie de Huntington est neurodégénérative bras court «p» HUNTINGTON DISEASE bras long «q» le chromosome 4 4p16. Elle atteint de façon prédominante les noyaux gris centraux noyaux caudé et putamen. Ces noyaux sont reliés à de nombreuses aires du cerveau qui aident à contrôler : Les mouvements du corps Les émotions La pensée Le comportement La perception du monde extérieur Origine de la maladie de Huntington Tous les êtres humains possèdent une protéine appelée huntingtine dans leurs cellules nerveuses elle joue un rôle critique dans les événements qui permettent aux cellules de fonctionner efficacement Elle protège les neurones contre la mort cellulaire Elleintervient dans la régulation de la transcription et le transport d un facteur de survie appelé le BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor) du cortex cérébral jusqu au striatum. Ce transport nécessite des microtubules. Réseau de microtubules (en vert) Chez les patients atteints de la MH, la protéine Huntingtine peut kidnapper des petites protéines importantes. Ceci inhibe leur rôle physiologique Origine de la maladie de Huntington La protéine huntingtine contient l'acide aminé glutamine Nombre de copie Phénotype du codon CAG Normal > 35 Maladie de Huntington Pour résumer la maladie de Huntington est causée par un nombre excessif de copies du codon C-A-G dans l'adn humain, ce qui entraîne la présence de trop de glutamine dans la protéine huntingtine Diagnostic de la maladie de Huntington Diagnostic classique Effectué au cours de tests neurologiques et psychologiques associés à un scanner du cerveau ou à un IRM pour vérifier si le noyau caudé et le putamen démontrent des signes de mauvais fonctionnement (atrophie) Méthodes de diagnostic biologique Le test génétique La recherche de l expansion CAG par PCR (>36 répétitions CAG) et la séparation des fragments sur gel d agarose peut confirmer le diagnostic. Elle n est utile que si la nature de la mutation n a pas encore été déterminée dans une famille 4

5 Les individus doivent prendre toute la mesure des effets négatifs ou positifs du test génétique. C'est seulement quand ils sont conscients des conséquences de cet examen génétique que les individus devraient opter pour ou contre le test. un résultat positif communiqué est une situation de non-retour. Certains commencent à s'espionner : telle nervosité, tel oubli, tel mouvement d'humeur ne constituent-ils pas les premiers symptômes? Pour certains individus, la vie est plus vivable s'ils restent dans l'incertitude. D'autres personnes ont à l'inverse besoin de certitude pour mieux planifier leur avenir : former un couple ou non, faire des enfants ou non, envisager les alternatives possibles (fécondations in vitro, IVG, ), planifier leur avenir juridique et financier. Traitement de la maladie de Huntington Il n'existe pas de traitement de la maladie de Huntington. Le traitement du syndrome choréique est purement symptomatique par les neuroleptiques, pour réduire l intensité des mouvements involontaires Un traitement antidépresseur (anxiolytique) est souvent utile. La thérapie génique La thérapie génique est une nouvelle méthode thérapeutique dont l objectif est l introduction d une séquence d information génétique dans un type de cellules. Le gène responsable de la MH est identifié et séquencé : le but de la thérapie génique est de le remplacer par un gène sain. Ainsi la thérapie génique consiste à remplacer un gène défectueux par sa copie normale (saine). La thérapie cellulaire Un traitement par greffe de cellules foetales Les essais ont été effectués sur cinq patients. L'objectif est d'injecter des cellules pour reconstituer un réseau neuronal. Plusieurs étapes à cette thérapie génique : Extraction des neurones d'un foetus de 7 à 9 semaines de vie intra-utérine. Ce neurones proviennent de l'éminence ganglionnaire, partie du système nerveux foetal qui devient le striatum. Le tissu nerveux formé par ces neurones est découpé en petits cubes de 1 mm de diamètre. Le tissu nerveux est injecté par le chirurgien à l'aide d'un cadre stéréotaxique permettant de repérer les structures internes du cerveau et de guider l'aiguille. Les chercheurs annoncent avoir amélioré l'état de trois malades sur cinq, ceux dont les greffons sont actifs : récupération des fonctions motrices mais également amélioration des fonctions intellectuelles. Le nanisme et l hormone de croissance Déficience en hormone de croissance (GH) Un manque de GH pendant l'enfance provoque un nanisme harmonieux. Il entraîne une diminution de la masse maigre, une augmentation de la masse grasse, un arrêt de la croissance des cartilages et des os, et une diminution de la résistance à l'effort et au froid. Pour le diagnostiquer, il faut procéder à un test dynamique de stimulation en provoquant une hypoglycémie insulinique. En temps normal, une hypoglycémie provoque une augmentation du taux de GH. Traitement Administration de GH tout les jour avant le couché. Risques liés au traitement par l'hormone de croissance L'hormone de croissance produite auparavant par extraction d'hypophyses de cadavres a causé un certain nombre de contaminations par le prion, occasionnant certains cas de maladies de Creutzfeldt-Jacob mortelles. Ce risque a disparu depuis la production par génie génétique. 5

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7 Expression de laciq 2- Repression de l expression de la protéine GST 3- Ajout d IPTG 4- L IPTG inhibe l action de laciq 5- Expression de la potéine GST 3 4 NB: La protéine XXX fusionné à la GST correspond à l hormone de croissance 5

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