1. Les variations génétiques

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1 Programme PCEM 2006 Génétique PCEM 2006 Thomas Bourgeron Cours N 1 Les variations génétiques et la relation génotype /phénotype Cours N 2 La ségrégation et l identification des gènes des maladies 1. Les variations génétiques Définitions: Allèle: Séquence différente d un même gène A (a 1, a 2, a n ) Génotype: Homozygote: Même allèle sur les deux chromosomes a1/a1 Hétérozygote: Des allèles différents sur les deux chromosomes a1/a2 Phénotype: Apparence (expression physiologique dépendante des gènes et de l environnement) Johannsen, Bateson (début du XX ème siècle) Définition! Pour le scientifique: Mutation: changement par rapport à la séquence de référence Polymorphisme: variation de la séquence d un gène dans la population Pour le médecin: Mutation: variation rare impliquée dans la maladie Polymorphisme: variation fréquente qui n'est pas impliquée dans la maladie 1.1 Les mutations chromosomiques 1.2 Les mutations géniques 1.3 Mutations somatiques et germinales Les variants rares ne sont pas toujours délétères! Les polymorphismes fréquents ne sont pas toujours sans conséquence biologique (variants de susceptibilité)! 1.4 La variabilité génétique dans les populations 1

2 1.1 Mutations chromosomiques Euploïdie Anomalies du nombre de chromosome (aneuploïdie) Altération de la structure des chromosomes (remaniements chromosomiques) 46, XX 46, XY Anomalies du nombre de chromosomes :aneuploïdie 2

3 Trisomie Avortements spontanés Naissances 1-3 1,4% ,6% ,7% ,8% 0,02% ,8% 0,02% ,4% ,2% 0,13% Anomalie de la structure des chromosomes (remaniements chromosomiques) Chromosomes sexuels XYY 0,03% 0,05% XXY 0,03% 0,05% XO 9,0% 0,009% XXX 0,14% 0,05% Polyploidie: Triploid 8,5% 0 Tetraploid 9,7% 0 Total: 46,5% 0,34% Chromosome en anneau Délétions chromosomiques Duplications chromosomiques Insertions chromosomiques Translocations chromosomiques 3

4 Mutation faux sens 1.1 Les mutations chromosomiques 1.2 Les mutations géniques 2.3 Mutations somatiques et germinales TGGTCCAUGGCATTC. TGG TCC AUG GCA TTC TAT Met ala phe tyr.. TGG TCC AUG GCA TAC TAT Met ala Tyr tyr.. Mutation non sens TGG TCC AUG GCA TTC TAT Met ala phe tyr.. TGG TCC AUG GCA TTC TAA Met ala phe stop Insertion/Délétion TGG TCC AUG GCA TTC Met ala phe T TGG TCC AUG GCA TTC Met ala phe TGG TCC AUG TGC ATT C Met Cys ile Mutations par amplification de triplet Répétition CAG (Huntington) Control Pré-mutations Atteints 4 to to to 100 Anticipation Patient Répétitions Age du début Grand père ans Père ans Fils ans 4

5 Répétition de trinucléotides dans le syndrome de l'x fragile 1.3 Mutations somatiques et germinales 1.4 La variabilité génétique dans les populations humaines La PCR La PCR Les SNPs Les microsatellites 1 cellule: 2 copies du gène Polymérisation / / dénaturation / dénaturation / dénaturation X 35 / dénaturation Polymérisation // dénaturation dénaturation cycles Polymérisation // dénaturation / dénaturation dénaturation 2 ->4 -> 8 -> 16 -> 32 -> 64 -> 128 -> -> 2 copies X 2 35 = copies Kary Mullis, Nobel

6 1.4.2 Les SNP (Polymorphismes de simple nucléotide) C G G T G G A T T G electrode C G G T G G/A A T T G Homozygote G/G Hétérozygote A/G + electrode C G G T G A A T T G Homozygote A/A tttctccatttgtcgtgacacctttgttgacaccttcatttctgcattctcaattctatttcactggtctatgg cagagaacacaaaatatggccagtggcctaaatccagcctactaccttttttttttttttgtaacattttacta acatagccattcccatgtgtttccatgtgtctgggctgcttttgcactctaatggcagagttaagaaattgtag t c cagagaccacaatgcctcaaatatttactctacagccctttataaaaacagtgtgccaactcctgatttatgaa cttatcattatgtcaataccatactgtctttattactgtagttttataagtcatgacatcagataatgtaaatc ctccaactttgtttttaatcaaaagtgttttggccatcctagatatactttgtattgccacataaatttgaaga tcagcctgtcagtgtctacaaaatagcatgctaggattttgatagggattgtgtagaatctatagattaattag g c aggagaatgactatcttgacaatactgctgcccctctgtattcgtgggggattggttccacaacaacacccacc ccccactcggcaacccctgaaacccccacatcccccagcttttttcccctgctaccaaaatccatggatgctca g agtccatataaaatgccatactatttgcatataacctctgcaatcctcccctatagtttagatcatctctagat a 1 SNP / pb tacttataatactaataaaatctaaatgctatgtaaatagttgctatactgtgttgagggttttttgttttgtt ttgttttatttgtttgtttgtttgtattttaagagatggtgtcttgctttgttgcccaggctggagtgcagtgg tgagatcatagcttactgcagcctcaaactcctggactcaaacagtcctcccacctcagcctcccaaagtgctg g a ggatacaggtgtgacccactgtgcccagttattattttttatttgtattattttactgttgtattatttttaat tattttttctgaatattttccatctatagttggttgaatcatggatgtggaacaggcaaatatggagggctaac tgtattgcatcttccagttcatgagtatgcagtctctctgtttatttaaagttttagtttttctcaaccatgtt tacttttcagtatacaagactttgacgttttttgttaaatgtatttgtaagtattttattatttgtgatgttat ttaaaaagaaattgttgactgggcacagtggctcacgcctgtaatcccagcactttgggaggctgaggcgggca gatcacgaggtcaggagatcaagaccatcctggctaacatggtaaaaccccgtctctactaaaaatagaaaaaa attagccaggcgtggtggcgagtgcctgtagtcccagctactcgggaggctgaggcaggagaatggtgtgaacc tgggaggcggagcttgcagtgagctgagatcgtgccactgcattccagcctgcgtgacagagcgagactctgtc aaaaaaataaataaaatttaaaaaaagaagaagaaattattttcttaatttcattttcaggttttttatttatt g a tctactatatggatacatgattgatttttgtatattgatcatgtatcctgcaaactagctaacatagtttatta g a tttctctttttttgtggattttaaaggattttctacatagataaataaacacacataaacagttttacttcttt cttttcaacctagactggatgcattttttgtttttgtttgtttgtttgctttttaacttgctgcagtgactaga gaatgtattgaagaatatattgttgaacaaaagcagtgagagtggacatccctgctttccccctgattttaggg g a ggaatgttttcagtctttcactatttaatatgattttagctataggtttatcctagatccctgttatcatgttg aggaaattcccttctatttctagtttgttgagattttttaattcatgtgattgcgctatctggctttgctctca Les microsatellites (répétition en tandem de plusieurs nucléotides) Migration sur gel d acrylamide marquage de la PCR avec un primer fluorescent 1 D6S

7 Variabilité pour D6S285 1/4 1/2 2/5 2/6 2. Relation génotype / phénotype Quelles sont les conséquences des variations génétiques sur le phénotype? 2.1 L effet des mutations sur le produit des gènes Perte de fonction (Allèle nul) Perte de fonction (Allèle nul) «Baisse de fonction» Gain de fonction «Baisse de fonction» faible quantité ou affinité Gain de fonction (Perte de la régulation ou acquisition d une nouvelle fonction) 7

8 a1 a1 [Phenotype 1] 2.2 Récessivité, dominance, semi- et co-dominance Un gène A (a 1, a 2, a 3, a n ) a1 a2???? a2 a2 [Phenotype 2] a1 a2 Récessif ou dominant? [Phenotype 1] a1 est dominant sur a2 [Phenotype 2] a2 est dominant sur a1 [Phenotype 1 et 2] a1 et a2 sont co-dominants [Phenotype 3] a1 et a2 sont semi-dominants Brown Un gène avec plusieurs allèles 4 allèles: C, c ch, c h, c Chinchila White with black tips White La co-dominance Il y a co-dominance quand les deux phénotypes sont présents 1.C C 2.C c ch 3.C c h 4.C c 1.c ch c ch 2.c ch c h 3.c ch c 1.c h c h 2.c h c 1.c c + / + m / + m / m [+] [m,+] [m] Co-dominance des groupes sanguins ABO 1 gène: 3 allèles O, A, B O A B Co-dominance des groupes sanguins ABO O / O [O] O / A A / A O / B B / B A / B [A] [B] [AB] A dominant B dominant A et B Co-dominant 8

9 2.2.2 La semi-dominance Semi-dominant (dominance incomplète) Il y a semi-dominance quand le phénotype est le résultat de la combinaison des deux phénotypes + / + m / + m / m [+] [m2] [m1] Les problèmes!! La pénétrance incomplète et l expréssivité variable La pléiotropie L épistasie Polygénisme La pénétrance incomplète et l expressivité variable Attention! Il y a pénétrance incomplète ou expressivité variable quand un même génotype ne donne pas le même phénotype pour tous les individus + / + m / + m / m [+] [m] ou [+] [m] Anonychia Anonychia 9

10 Neurofibromatose Neurofibromatose La pénétrance incomplète et l expréssivité variable Autres gènes?? L environnement?? La pléiotropie Un gène donne plusieurs phénotypes Anémie falciforme: Le gène de l hémoglobine, plusieurs symptômes Une substitution d un acide aminé dans la protéine de l hémoglobine Douleurs, des ulcères des jambes, problèmes d ossification, des poumons, des reins, des yeux, anémie, retard de croissance, 2.3. Les interactions génétiques L'hétérogénéité génétique Plusieurs gènes peuvent donner un même phénotype Exemple déficit de synthèse de l arginine (arg - ) Voie de biosynthèse Plusieurs gènes sont présents Comment vont ils interagir? 10

11 2.3.2 Le polygénisme Un phénotype est la conséquence de l effet de plusieurs gènes Parental generation Jaune X Marron F 1 generation Rouge F 2 generation Rouge 9/16 Jaune 3/16 Marron 3/16 Vert 1/16 Interaction de deux gènes Gene A (a1, a2): Pigment rouge (a1) ou jaune (a2) dans le fruit Gene B (b1, b2): La chlorophyle est présente (b1) ou absente dans le fruit (b2) a2/a2 b2/b2 Gene A a1/a1 et a1/a2: Pigment rouge a2/a2: Pigment jaune Gene B b1/b1: chlorophyle présente b1/b2 b2/b2: chlorophyle absente a1/a2 b1/b2 a1/a1 b1/b1 a2/a2 b1/b1 Rouge 9/16 Jaune 3/16 Marron 3/16 Vert 1/ L épistasie. Epistasie: Quand l effet d un gène va altérer ou masquer l effet d un autre gène Les traits quantitatifs Distribution des phénotypes avec 1 gène Un gène A impliqué dans la formation des cheveux Un gène B impliqué dans la couleur des cheveux Un gène (A) qui empèche la croissance des cheveux est épistatique sur les gènes (B, C, D, ) impliqués dans la couleur des cheveux! A 2 A 2 A 2 A 1 A 1 A

12 Distribution des phénotypes avec 3 gènes Nombre important de gènes traits quantitatifs