LES MUTATIONS. Remarque : les additions et les délétions provoquent un décalage du cadre de lecture

Transcription

1 LES MUTATIONS I) Définition : Tout changement au niveau de la séquence nucléotidique et qui peut être héréditaire ou non. II) les types de mutations : II-1) Les mutations ponctuelles : Elles touchent une paire de bases, elles représentent 95 % des mutations contre 5 % pour les mutations de grande taille. a) SUBSITUTION : Remplacement d'une base par une autre a1) TRANSITION : Remplacement d'une base par une autre de même catégorie. Exemple : remplacement de T (pyrimidine) par C (pyrimidine) ou de A (purine) par G (purine). Parmi les transitions, celles qui concernent la séquence CG vers TG ou CA représentent environ 40% de toutes les mutations ponctuelles. On dit que CG est un point chaud pour les mutations. a2) TRANSVERSION : Remplacement d'une base par une autre de catégorie différente. Exemple : remplacement de T (pyrimidine) par G (purine) ou de A (purine) b par C (pyrimidine) b) Délétions : c'est la perte d'une paire de bases c) Addition ou insertion : c'est l'ajout d'une paire de bases Remarque : les additions et les délétions provoquent un décalage du cadre de lecture II-1-1) ) Effets des mutations sur les protéines : 1- Mutation faux sens : Remplacement d'un acide aminé par un autre. Exemple : La drépanocytose ou anémie falciforme qui est due au remplacement du 6 eme acide aminé (glutamate) par la valine au niveau de la sous unité ß de l hémoglobine. (pglu6val pglu6val). 2- Mutation silencieuse : Remplacement d'un codon par son synonyme, dans ce cas il n y a pas de changement d'acides aminés. 3- Mutation non sens : Remplacement d'un codon d'acides aminés par un codon stop. Exemple : Une des ß thalassémie est due à une mutation non sens au niveau du codon 39 : Q39X (p.gln39stop), où le codon CAG (Gln) remplacé par TAG (stop). Cours de génétique -H.Belhocine 1

2 4- Mutation conservatrice : Remplacement d'un acide aminé par un autre de même charge. 5- décalage du cadre de lecture : Elles sont produites après délétion ou insertion d un nombre de bases qui n est pas multiple de 3. Le décalage du cadre de lecture produit une protéine incomplète suite au remplacement d un codon signifiant un acide aminé par un codon STOP. II dominance et récessivité des gènes mutés II Mutations délétères par perte de fonction : Ces mutations produisent des : Allèles récessifs, si 50% du niveau normal de produit est suffisant pour assurer une fonction normale; ex (mucoviscidose, phénylcétonurie, myopathie de Duchenne, hémophilie). Allèles dominants si la réduction de 50% du niveau normal du produit induit des modifications phénotypiques, ces maladies dominantes dues à la perte de fonction sont dites " par haplo insuffisance" ex : la plupart des prédispositions aux cancers (sein et colon). La majorité des génotypes homozygotes dominants sont létaux. II mutations délétères par gain de fonction : Il s'agit le plus souvent de mutations faux sens, elles sont responsables de la modification des propriétés de la protéine. Elles induisent des phénotypes dominants. Le phénotype des homozygotes n'est pas plus sévère que celui des hétérozygotes..ex (achondroplasie). REMARQUE : L expression phénotypiques des mutations délétères des gènes impliqué dans les maladies monogéniques sont influencées par d'autres gènes dénommés gènes modificateurs. II-2) Macromutations : Elles touchent plus d'une paire de bases a) Mutation dynamique instable : 1- Expansion de trinucléotides en dehors des séquences codantes; exemple "syndrome de l'x fragile", cause la plus fréquente de retard mental héréditaire chez le garçon elle est récessive liée à X. Il y a une expansion de "CGG" de 200 à plus de mille répétitions, dans la région 5'UTR du 1 er exon du gène FMR1 situé en Xq27.3. L'augmentation du nombre de triplet de "CGG" provoque une méthylation des cytosines des CGG et des séquences environnantes, ce qui conduit à l'extinction du gène FMR1 dans le locus FRAXA. Cours de génétique -H.Belhocine 2

3 2- Expansion dans les régions codantes : Exemple "corhée de Huntington", qui se traduit par une dégénérescence progressive des neurones. Due à une protéine renfermant un nombre élevé de glutamine provoqué par une répétition allant de 36 à 120 fois du trinucléotide "CAG" dans le premier exon du gène de Huntingtine. Le mode de transmission est autosomique dominant. III- Nomenclature : 1) ) Au niveau de l ADN a- substitution g A>C : substitution de l Adénine en position 238 par la Cytosine. b- addition et délétion g.24 24del delc : délétion de la Cytosine en position 24. g.25_26 25_26ins insc : insertion de Cytosine entre les nucléotides 25 et 26. 2) Au niveau de la protéine a- faux sens p.glu glu6val : remplacement du 6 eme acide aminé glutamate par la valine b- Non sens P.Gly Gly41 41X : remplacement du 41 eme acide aminé Glycine par le codon STOP. IV- Les agents mutagènes : La fréquence de mutation chez les procaryotes est estimée à une mutation toutes les 10 8 divisions, cette fréquence de mutation spontanée est encore plus élevée chez l'homme. La plus part des mutations sont dues à un mauvais appariement au cours de la réplication apes avoir échappé à la correction par la DNA polymérase. La fréquence de mutation peut être augmentée par des agents mutagènes qui peuvent êtres des agents physiques ou des agents chimiques. Il existe plusieurs agents mutagènes mais on ne considérera que trois agents physiques et deux agents chimiques. a) Agents physiques : 1- Les rayonnements non ionisants : Les rayons ultraviolets à la longueur d'onde de 260 nm sont absorbés par les purines et avec plus d'efficacité, par les pyrimidines. Les UV provoquent des changements au niveau de l'adn qui se traduit par la formation de dimères de thymine entre celles qui sont Cours de génétique -H.Belhocine 3

4 adjacentes (fig.1). Cette dimérisation rapproche les bases entre elles et provoque des délétions au cours de la réplication. La plus part des xeroderma sont dues à ce type de mutation. U.V 2 Thymines Dimère de thymine Figure1 : Formation d un dimère de thymine sous l effet des UV 2- La chaleur : C'est probablement l'agent mutagène le plus répondu dans la nature. Son effet sur l'adn se traduit par l'élimination de la liaison N- Glycosidique entre les purines et leur sucre (Fig. 2), il en résulte un site apurinique au niveau de l'adn. Plus de sites apurinique sont produits chaque jour dans chaque cellule. Ceux qui échappent à la réparation causent des mutations ponctuelles ou des délétions au moment de la réplication de l'adn. La base du milieu a été éliminée, laissant un espace sans purine appelé site apurinique Figure 2 : Formation d un site apurinique sous l effet de la chaleur Cours de génétique -H.Belhocine 4

5 3- Les rayonnements ionisants : Les rayons X sont des rayonnements très pénétrants, ils peuvent causer des cassures au niveau des chromosomes (Fig. 3),, mais aussi des délétions par la formation de dimères. Ce sont les rayonnements ionisants aux quels l'homme et le plus exposé. Ils ont un effet cumulatif, leur unité de dosage et le rem (roentgen equivalent man) qui correspond à la dose nécessaire pour expulser un électron par cm 3 de matière vivante Figure 3 : Un des effets des rayons X sur le chromosome (cassure du Chromosome) b) Agents chimiques : 1- Analogues de bases : Le 5 bromouracile dérive de la thymine à la quelle on remplace le méthyle par un atome de brome, de ce fait il est incorporé pendant la réplication à la place de la thymine (Fig. 4). Cours de génétique -H.Belhocine 5

6 Figure 4 : Le 5 bromouracile Le 5bU est instable il peut prendre une forme tautomère qui lui permet de s'apparier avec la guanine au lieu de l'adénine, à la réplication suivante la guanine s'associe avec la cytosine et on obtient une mutation ponctuelle de AT à GC qui est une transition (Fig.5) bU= 5bromouracile ; 5bUt= 5 bromouracile tautomère Figure 5 : Mode d action du 5Bromouracile Explication 1 : Séquence d ADN de 4pb 2 : Le 5bU est incorporé à la place de T en face de A 3 : à la première réplication, le 5Bu prend une forme 5bUt (tautomère) son affinité vis-à-vis des purines change, il incorpore la guanine à la place de la thymine 4 : La forme tautomère étant éphémère, le 5Bu reprend sa forme normale. A la réplication suivante, le brin matrice qui comporte le G à la place de T incorpore le C à la place du A. On obtient une transition de TA vers CG Cours de génétique -H.Belhocine 6

7 Remarque : pour comprendre ce mécanisme il faut noter que les bases tautomères ne s associent plus avec la base complémentaire habituelle mais, avec l autre base de même catégorie. At ne s associe plus avec T, mais avec C (de même catégorie que T) Tt ne s associe plus avec A, mais avec G (de même catégorie que A) Ct ne s associe plus avec G, mais avec A (de même catégorie que G) Gt ne s associe plus avec C, mais avec T (de même catégorie que C) 5bUt ne s associe plus avec A, mais avec G (de même catégorie que A) 2- Les agents intercalaires : L'acriflavine est un agent intercalaire qui peut provoquer soit une délétion s'il s'intercale comme substrat (brin nouvellement synthétisé) (fig. 6), soit une addition s'il d'intercale dans la matrice (ancien brin) fig.7) Figure 6: Délétion de la paire TA par incorporation de l acriflavine à la place de A Explication : 1 : séquence d ADN de 4 pb 2 : l acriflavine est incorporée à la place de l adénine, dans le brin nouvellement synthétisé. 3 : à la réplication suivante, l acriflavine instable se détache du brin matrice qui passe de 4 à 3 Pb. Ce brin donnera après réplication une séquence d ADN de 3pb. On passe donc d une séquence de 4pb à une séquence de 3pb, car il y a eu délétion de la paire TA. Cours de génétique -H.Belhocine 7

8 3- Agents désaminants La désamination des bases donne des composés qui sont reconnus par le système de réparation qui les élimine et les remplace par les bases normales. Par exemple la désamination de la cytosine donne de l uracile, l adénine donne l hypoxanthine, la guanine donne la xanthine et la cytosine donne l uracile Comme on l a déjà vu plus haut, les cytosines qui suivent la guanine peuvent êtres méthylées (dinucleotide CpG), normalement la cytosine non méthylée qui donne l uracile est éliminer par un complexe enzymatique (uracile DNA glycosylase) et remplacé par la cytosine, mais si la cytosine est méthylée, la désamination transforme la cytosine en thymine (fig.7) qui est un composant normal de l ADN, qui n est pas reconnue par le système de réparation, il n est pas excisé et provoque une transition Certaines mutations touchant les CpG ont une fréquence particulièrement élevée comme la mutation G1138A du gène FGFR3 responsable de l achondroplasie. Figure 7 : effets de la désamination de la cytosine avant et après méthylation Cours de génétique -H.Belhocine 8