Consultations Martinique / Guyane. Activité LABORATOIRE. Dr Odile Béra, CHU de Fort-de-France. Unité Oncogénétique

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1 Dr Odile Béra, CHU de Fort-de-France Unité Oncogénétique Unité Génétique moléculaire des cancers Consultations Martinique / Guyane Prédisposition génétique cancers SEIN/OVAIRES COLON (Sd de Lynch & PAF) Activité LABORATOIRE Caractérisation Moléculaire des tumeurs utiles au diagnostic, au pronostic et/ou au traitement: «coordination du suivi des patients à haut risque K»

2 Du chromosome à la double hélice l ADN

3 La cellule :unité élémentaire des êtres vivants = Noyau + cytoplasme

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5 Le génome = l ensemble des gènes d un organisme ou patrimoine génétique est localisé dans le noyau et stocké sur les chromosomes. Les gènes contiennent les informations nécessaires pour que la cellule fabrique des protéines (ou des enzymes) et les hormones.

6 universelle Acide désoxyribonucléique

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8 PLAN I. Les Acides Nucléiques II. Architecture de l ADN procaryote et eucaryote III. Réplication de l ADN IV. Le génome Humain

9 I. Les Acides Nucléiques A. Définition B. Les nucléotides 1) Les bases azotées 2) Les sucres C. L ADN 1) Structure de l ADN 2) Propriétés de l ADN D. L ARN

10 A. Définition I. Les Acides Nucléiques Macromolécules fournissant les informations nécessaires au développement et au maintien de la vie. L'ADN (Acide DésoxyriboNucléique) = support de l'information Génétique. Les ARN (Acides RiboNucléiques) = les vecteurs et médiateurs de l'information. Fonctions : - Transmission du patrimoine génétique de génération en génération (hérédité) - Contrôle de la fabrication des protéines nécessaires à la vie. D'un point de vue chimique : les Acides Nucléiques sont des polymères géants obtenus par enchaînement de sous - unités appelées Nucléotides.

11 I. Les Acides Nucléiques caractérisés chimiquement au début du 20 ème siècle même si leur rôle est resté relativement longtemps inexpliqué. acides nucléiques (ADN, ARN) constituées de la condensation en très longues chaînes de molécules relativement simples que l on appelle des NUCLEOTIDES Les nucléotides sont les briques élémentaires de la transmission de l information génétique. Egalement rôle fondamental dans le métabolisme sous forme di- et tri-phosphorylée ainsi que dans la transmission de l information dans la cellule (AMPc et GMPc).

12 I. Les Acides Nucléiques B. Les Nucléotides C est l unité de structure des acides nucléiques. Un nucléotide est composé de 3 parties : Une BASE AZOTÉE - variable en fonction du nucléotide - de nature purine ou pyrimidine Un SUCRE à 5 atomes de carbone - Le désoxyribose pour l ADN - Le ribose pour l ARN Un GROUPEMENT PHOSPHATE (ou acide phosphorique) identique pour les nucléotides de l'adn et de l'arn.

13 I. Les Acides Nucléiques 1) Les bases azotées bases puriques : Noyau purine ADENINE (ADN/ARN) GUANINE (ADN/ARN) bases pyrimidiques : Noyau pyrimidine THYMINE CYTOSINE URACILE (ADN) (ADN/ARN) (ARN)

14 I. Les Acides Nucléiques 2) Les sucres Le ribose pour l ARN β ribofuranose Le désoxyribose pour l ADN β 2-désoxyribofuranose

15 I. Les Acides Nucléiques A G C U A G C T ribose ARN désoxyribose ADN

16 I. Les Base + sucre Acides Nucléiques La liaison N-Osidique L atome d azote n 1 des pyrimidines ou l atome n 9 des purines établit une liaison N- Osidique avec le carbone n 1 du sucre.

17 I. Les Acides Nucléiques Base + sucre + phosphate = NUCLEOTIDE Dans les cellules les nucléosides sont retrouvés sous forme mono, diet triphosphates L enchaînement des nucléotides sera à l origine des acides nucléiques.

18 I. Les Acides Nucléiques Remarques La nature du nucléotide est déterminée par la base azotée qu il contient. Dans la séquence d'un brin d'adn ou d'arn, on nomme donc les cinq nucléotides selon leur base azotée : A, G, C, T et U. Complémentarité des bases lors de la formation de doubles brins :

19 I. Les Acides Nucléiques C. L Acide DésoxyriboNucléique ou ADN Molécule support de l'information génétique héréditaire : Les gènes sont des segments d'adn. C'est un des constituants des chromosomes. L'ADN forme des pelotes microscopiques : - Situées dans le noyau chez les eucaryotes, - Situées directement dans le cytoplasme de la cellule chez les procaryotes. les molécules d'adn déroulées s'étirent en un très long fil : enchaînement (séquence) précis d'unités élémentaires que sont les désoxy ribonucléotides. Structure l'adn : formée de deux brins complémentaires enroulés en hélice (double hélice).

20 1) Structure de l ADN I. Les Acides Nucléiques Enchaînement des désoxyribonucléotides

21 I. Les Acides Nucléiques Macromolécule double brin Les 2 brins sont antiparallèles Squelette désoxyribo-phosphate

22 La double hélice I. Les Acides Nucléiques

23 2) Propriétés de l ADN

24 D. L Acide RiboNucléique ou ARN Molécules ayant de très nombreuses fonctions dans la cellule. L'ARN transporte l'information génétique des molécules d'adn (noyau) aux ribosomes contenus dans le cytoplasme des cellules. L'ARN est constitué par l'assemblage de ribonucléotides. Il existe de nombreuses familles d'arn (ARNr, ARNm, ARNt, snarn...). Chacune assure une fonction particulière

25 Différences ADN/ARN ADN= desoxyribose plus stable, primordial compte tenu de l importance de l ADN ADN forme double brin pour la «sauvegarde» de l information d une chaîne par rapport à l autre

26 PLAN II. Architecture de l ADN procaryote et eucaryote A. Génome nucléaire humain 1) ADN et chromatine 2) Structure de la chromatine 3) De l enchaînement nucléosomique au chromosome B. ADN des bactéries

27 II. Architecture de l ADN A. Génome nucléaire humain (eucaryote) 1) ADN et chromatine L ADN humain est fortement associé à des protéines : Protéines histones Protéines non histones ADN + protéines = la chromatine Ø 2 nm Fibre de 2 nanomètres

28 Condensation L'ADN est associé à des protéines appelées «histones». Chez les eucaryotes il est localisé dans le noyau de la cellule et replié d'une manière ordonnée qui assure le stockage d'une grande quantité d'adn. Dans le plus petit chromosome humain s il était étendu il aurait une longueur de microns (14 cm). Dans son état le plus condensé lors de la mitose il mesure 2 microns, soit une condensation d'un facteur

29 II. A 2) Structure de la chromatine Cette condensation ne se fait pas en une seule fois, mais par plusieurs niveaux Le premier niveau est constitué par l'enroulement de l'adn autour d'un noyau protéique pour produire une "perle " appelée le nucléosome, Le second niveau est l'enroulement des perles dans une structure hélicoidale appelée la fibre

30 II A 3) De l enchaînement nucléotidique au chromosome

31 STRUCTURE DE L ADN Structure primaire La chaine polypeptidique est formée de condensation de nucléotides Structure secondaire Les 2 chaînes d ADN sont Complémentaires AT/CG Antiparallèles Hélicoïdales Liaisons hydrogènes et forces de van der Waals entre les 2 chaînes d ADN

32 CONTRÔLE DE LA COMPACTION DE L ADN Pour que l ADN puisse être transcrit ou répliqué, il doit être moins condensé et plus accessible à la machinerie enzymatique Importance du rôle des protéines histones et non histones dans la régulation de l expression des gènes

33 Un procaryote (du latin pro, «avant», et du grec caryon, «noyau») est un être vivant unicellulaire dont la structure cellulaire ne comporte pas de noyau Un eucaryote est un organisme vivant possédant un noyau isolé du cytoplasme par une membrane et qui contient de l'adn.

34 B. ADN des bactéries (procaryote) Pas de structure aussi régulière que chez les eucaryotes Présence de protéines qui ressemble à des histones : protéines HU Structure plus flexible et plus accessible que chez les eucaryotes (division cellulaire plus rapide)

35 III. Réplication de l ADN A. La réplication procaryote 1) Généralités 2) Mécanisme B. Eucaryotes / Procaryotes

36 III. Réplication de l ADN A. La réplication procaryote 1) Généralités Semi conservative Une seule origine de réplication Génération de 2 fourches de réplication symétriques

37 III. Réplication de l ADN Réplication : Formation de nouveaux brins d ADN à partir des 2 brins initiaux = TRANSMISSION des informations contenues dans l ADN de génération en génération 2) Mécanisme ADN polymérases (ADN Pol) = complexe enzymatique. Production de 2 cellules filles identiques = même patrimoine génétique que cellule mère

38 III. Réplication de l ADN Sens de réplication Pol 5

39 Eucaryotes / Procaryotes ADN Eucaryote ADN Procaryote Structure régulière + Histones chromatine Moins accessible (nucléosomes) Division cellulaire plus lente Structure irrégulière Protéines histones Plus flexible et plus accessible Division cellulaire rapide Nombreuses origines de réplication (longueur ADN) 1,5% d ADN codant 1 seule origine de réplication Transcription et traduction simultanées ADN codant +++

40 IV. Le génome Humain Le génome = ensemble de l information héréditaire d un organisme, présente en totalité dans chaque cellule de l organisme Même espèce, 0.1% différence entre 2 génomes de personnes non apparentés

41 Le génome nucléaire Les chromosomes : 24 molécules différentes. 22 autosomes 2 chromosomes sexuels (X et Y) Code pour environ gènes. Le génome mitochondrial Petit ADN circulaire (16,6 Kb) contenu dans la mitochondrie. Code pour 37 gènes. Plusieurs copies par cellule. Transmis par la mère.

42 Caractéristiques ADN Taille (Mégabases) Bactéries (EC) : 4500 gènes 4.6 Insecte : gènes 170 Plante : gènes 140 Souris : gènes 2500 Homme : gènes 3000 Amoebia gènes La quantité d ADN n est pas proportionnelle à la complexicité d un organisme

43 ADN GÉNIQUE : ADN codant (exons) code pour ARNm (Protéines) ADN non codant code pour ARNr et ARNt séquences régulatrices introns

44 Notion de gène Gène: Unité fonctionnelle et physique élémentaire de l hérédité qui transmet l information d une génération à la suivante. Un fragment d ADN, constitué d une région transcrite et de séquences régulatrices. Procaryote Promoteur Stop Eucaryote Promoteur Intron Stop Exon1 Exon2 Codant

45 projet Génome humain début des années 1990 séquencer les 3 milliards de nucléotides du génome humain, dont seuls 3% correspondent à la partie "codante" des gènes recherche des gènes impliqués dans les maladies génétiques La connaissance d'un gène dont la mutation provoque une maladie génétique permet la mise au point d'un test diagnostic à partir de l'adn faciliter l'identification des facteurs génétiques de susceptibilité aux maladies communes (composante génétique et multitude de facteurs contribuant chacun pour une faible part, interagissant avec les facteurs de l'environnement de façon complexe) Le séquencage haut débit en génétique humaine : une révolution

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47 En résumé ADN (Acide DésoxyriboNucléique) chaine polypeptidique de nucléotides Structure: deux brins complémentaires enroulés en hélice (double hélice). Situé dans le noyau Support de l'information génétique héréditaire Les gènes sont des segments d'adn C'est un des constituants des chromosomes

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