GENETIQUE HUMAINE. André Hanauer IGBMC

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Frédéric Després
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1 GENETIQUE HUMAINE André Hanauer IGBMC

2 GENERALITES SUR LE GENOME HUMAIN Génome nucléaire o Les cellules somatiques sont diploïdes o 22 paires d autosomes o XX pour individus féminins et XY pour individus masculins (total 23 paires soit 46 chromosomes). o L es cellules sexuelles ou gamètes sont haploïdes. Le génome humain est complètement séquencé o paires de bases (haploïdie). o Environ gènes, quasiment tous en mosaïque. o Gènes de 1kb (globine, 3 exons) à 2300kb (dystrophine, 79 exons). o Exons: en moyenne pdb (exons 3' non traduit souvent bcp plus longs). o Introns: de 100bp à 200kb (gène dystrophine) 7.3 picogrammes d ADN par cellule diploïde

Le génome humain est complètement séquencé o 3 10 9 paires de bases (haploïdie). o Environ 25 000 gènes, quasiment tous en mosaïque.

3 Caryotype Humain Coloration au Giemsa (G-banding)

4 22 paires d autosomes plus XX ou XY

5 300 Mb chromosome 1 45 Mb chromosome 21 X 163 Mb Y 51 Mb

7 Trisomie 21

8 La FISH = Flurescence In Situ Hybridization Hybridation d une sonde fluorescente sur des chromosomes Métaphasiques (par exemple un cdna d un gène)

9 Overview of different probe types used in FISH experiments. a) repetitive sequences. b) "unique" probes specific for chromosomes and chromosome segments.

10 Fluorescent In-Situ Hybridization (FISH) identification of Human Chromosomes "Chromosome Painting"

11 Chromosome painting of a myeloma cell line. A metaphase spread for the myeloma cell line XGM following simultaneous hybridization of 24 probes.

12 Séquençage du génome humain La technique de séquençage n'autorise la lecture que de séquences relativement courtes nucléotides dans le meilleur des cas (500 nt en moyenne) Besoin de fractionner le génome pour le séquencer entièrement Différentes techniques sont utilisées Il faut ensuite reconstituer le génome correctement C est l étape la plus délicate du séquençage

$000 nucléotides dans le meilleur des cas (500 nt en moyenne) Besoin de fractionner le génome$

14 The human genome size is about 3.3 Gb (3.3x109) - e.g. - chr 1=220Mb - chr.21=35mb - X chr.=130mb - Ychr.=20Mb

22 Seulement 1% du génome est codant Il y a de gènes seulement Les exons représentent moins de 3% du génome Les gènes représentent environ 20% du génome Environ 60% des gènes présentent une possibilité d épissage alternatif. De ce fait les gènes humains peuvent conduire à l expression d enviro protéines différentes La plupart des gènes spécifiques sont impliqués dans les systèmes immunitaires ou nerveux Les séquences répétées constituent plus de 50% de notre patrimoine génétique. Ce sont surtout des transposons non fonctionnels Il existe de nombreuses duplications de grandes régions des chromosomes

24 Taille moyenne des gènes : 28 Kb (5kb à 100 kb) Fréquence des gènes: en moyenne 1/100Kb La quasi totalité des gènes a des introns 1cM = Kb

28 Peu de gènes sont uniques. Familles de gène s (en cluster et /ou dispersées): immunoglobines, HLA, globines, protéines kinases et phosphatases, récepteurs nucléaires (stéroïdes, rétinoïdes, hormones thyroïdiennes), récepteurs à 7 segments transmembranaires liés à une proté ine G (très nombreux; neurotransmetteurs, neuropeptides, lumière [opsines], odorants etc.). Les familles contiennent souvent des pseudogènes par duplication (avec introns, en général en cluster avec gène fonctionnels), ou par rét roposition de messager (dispersés). Exemple des pseudogènes globines, actine..

29 Famille des gènes Bcl

30 Séquences répétées ADN satellite (répétitions en tande m, région hétérochromatique). A DN alphoïde (hétérochromatine centromérique). ADN télomérique SINE (Small Interspersed Element = séquences Alu, 300pdb, env. 1 million de copies, 13% du génome) LINE (Large Interspersed Element, copies, 18-20% du génome), alpha-satellite (répétitions en ta ndem, centromérique) (taille : 6 à 8 kb) Minisatellites (VNTR) des répétitions en tandem de 10 à pb. Plud de dispersés sur le génome. La majorité n est pas transcrite. Source de polymorphisme. Microsatellites des répétit ions de 1 à 13 pb, parfois plus. (CA)n le plus fréquents (environ copies). Source de polymorphismes Des répétitions trinucléotides CAG/CTG et CGG sont associées aux mutations instables.

33 Région de 5q

34 The human genome contains up to 1500 mirna genes.

35 Différences génétiques chez l homme -Pourquoi les humains sont ils si semblables et si différents? - Il était admis que nous partagions 99,9% d identité génétique - Les variations génétiques participant à la diversité des individus d une même espèce sont de nature multiple. Leur taille peut être très importante visible au microscope ou si petite qu un seul nucléotide est intéressé

36 Variabilité du génome humain 1 position sur 500 environ est variable Cad, différences entre deux copies du génome (= polymorphismes), dont seulement quelques % (plusieurs dizaines de milliers) entraînent des différences fonctionnelles subtiles Le nombre de combinaisons est astronomique: il n y pas 2 individus génétiquement identiques sauf (presque) jumeaux monozygotes. Ainsi la variabilité physique est expliquée en partie par la variabilité génétique. Ces différences, ou MARQUEURS GENETIQUES, ont actuellement un grand nombre d applications. Diagnostic génétique, prénatal En médecine légale, (empreintes génétiques). Certaines de ces variations sont appelées en médecine mutations car elles ont un effet néfaste important sur la fonction d un gène: responsables de maladies génétiques NB: chimpanze/homme 1% de différence, donc 10-20X plus qu'entre 2 copies du génome humain.

37 La variation génomique : les trois ordres de grandeur 1 % : Homme diffère du chimpanzé pour 1% (30 millions paires de bases) 0,1 % : Divergence entre les hommes : 0,1%: 3 millions de paires de bases Divergence à l intérieur d une population continentale : % 0,01 % : Divergence supplémentaire d un continent à l autre : %

41 SNP

43 SNP

44 SNP Most are biallelic only two alleles Ratio of alleles ranges from 1:100 to 50:50 over 12 million human SNPs identified Most occur at anonymous loci Mutation rate of 1 X 10-9 per locus per generation

47 Minisatellites VNTR

48 Les microsatellites sont des marqueurs multi-alléliques Allèle 1 nnnnnnnncacacacacacacacacannnnnnnnnnnn nnnnnnnngtgtgtgtgtgtgtgtgtnnnnnnnnnnnn 9 Allèle 2 nnnnnnnnncacacacacacacacacacacacacannnnnnn nnnnnnnnngtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtnnnnnnn 13 Allèle 3 nnnnnnnnnncacacacacacacacacacacannnnnnnn nnnnnnnnnngtgtgtgtgtgtgtgtgtgtgtnnnnnnnn 11

49 Microsatellites Microsatellites 1 every 30,000 bp Repeated units 2 5 bp in length Mutate by replication error

52 COPY NUMBER VARIATION (CNV) It was generally thought that genes were almost always present in two copies in a genome. However, recent discoveries have revealed that large segments of DNA, ranging in size from thousands to millions of DNA bases, can vary in copy-number. Such copy number variations (or CNVs) can encompass genes leading to dosage imbalances. For example, genes that were thought to always occur in two copies per genome have now been found to sometimes be present in one, three, or more than three copies The current studies reveal that CNVs comprise at least three times the total nucleotide content of SNPs.. 12% of the human genome is copy number variable About 2900 genes, or 10% of those known, are encompassed by these CNVs Some CNVs found in the general population can be millions of bases in size, affecting numerous genes, yet they have no observable consequence. To date, approximately 3000 CNVs have been described About 100 CNVs were detected in each genome examined with the average size being 250,000 bases Around 89% is shared among the diverse human populations studied

54 Chromatine dense Recent duplication architecture of the human genome. The organization of segmental duplications that are >90 percent sequence identical and >1 kb in length is shown as red bars overlaid on the human genome. Approximately 5 6 percent of the human genome consists of duplicated segments, the majority of which cluster into ~390 duplication hubs. The complex mosaic architecture of one of these duplication hubs in 2p11 is shown in more detail (blue arrow). The ~750 kb consists of 17 gene-rich segments that were duplicatively transposed from the euchromatin to this pericentromeric region million years ago. Euchromatic colonization of the region abruptly ceased 10 million years ago. Credits: Julie Horvath and Jeffrey Bailey

57 Exemple: Illumina/Solexa

58 Génome mitochondrial Toutes les cellules contiennent environ 8000 copies de génome mitochondrial, cad environ 10 copies par mitochondrie pb 1 ARN r 12S 1 ARN r 16S 22 ARN t 13 ARN m

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