Devoir maison n 1 : La relation entre phénotypes et protéines

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1 Devoir maison n 1 : La relation entre phénotypes et protéines Une maladie génétique : Le Xeroderma pigmentosum A partir des informations tirées des documents 1 à 4, présentez les divers niveaux de phénotypes de cette maladie et expliquez ensuite le lien logique entre eux. Votre travail devra comporter une introduction, un plan structuré avec des paragraphes présentant des titres soulignés et numérotés ainsi qu une conclusion. Document 1 Présentation de la maladie : Xeroderma pigmentosum est une maladie héréditaire rare qui se traduit par une extrême sensibilité aux rayons ultraviolets (UV). S ils ne sont pas protégés de la lumière solaire, les patients présentent d abord des «coups de soleil» sévères qui ne cicatrisent que très lentement. Des lésions se manifestent ensuite par l apparition de taches sombres sur la peau, rappelant celles des personnes âgées qui ont passé une grande partie de leur vie au soleil et ceci dès la prime enfance (et presque toujours avant 20 ans). Certaines de ces modifications de la peau évoluent vers des cancers. Le mécanisme de la maladie est aujourd hui connu : les UV (mais aussi la fumée de cigarette) créent des dommages dans l ADN des cellules et altèrent leur fonctionnement normal. Les cellules touchées meurent ou au contraire se mettent à se multiplier de façon incontrôlée (apparition d une tumeur cancéreuse). Les dommages causés par les UV sont normalement corrigés par un ensemble de 6 protéines constituant le système de réparation de l ADN. Chacune de ces 6 protéines a une fonction précise indispensable pour la réparation de l ADN. Chez les malades, l une des 6 protéines réparatrices est anormale et incapable de remplir sa fonction, ce qui rend le système de réparation de l ADN inefficace. Adapté de «Understanding Xeroderma Pigmentosum» Patient Information du WG Magnuson Clinical Center NIH. Document 2 Les conséquences d une irradiation aux ultraviolets : Les radiations ultraviolettes (UV) peuvent affecter l ADN des cellules en entraînant, par exemple, la formation d une liaison entre 2 thymines successives. Ces deux thymines liées par une liaison covalente forment alors un dimère de thymine (voir document 2a). La présence de ces dimères perturbe le fonctionnement cellulaire et provoque la mort des cellules.

2 Document 3 - Informations concernant les protéines Xpa d un individu sain et d un individu malade : La protéine Xpa est l une des 6 protéines du système de réparation de l ADN. Les séquences ci-dessous sont celles des protéines produites par des individus sains et malades. Les portions présentées correspondant aux acides aminés n 50 à 62, la protéine Xpa normale étant composée de 214 acides aminés enchaînés. Dans ces séquences, indique que la chaîne se poursuit.

3 Document 4 Effet de l irradiation sur des cellules prélevées chez un individu sain et chez un malade : Des cellules qui n ont jamais été exposées aux UV sont prélevées chez un individu sain et chez un individu atteint de xeroderma pigmentosum. Ces cellules sont mises en culture puis sont soumises à un rayonnement UV de 25 erg.mm-2. On mesure alors l évolution du pourcentage de dimères de thymine dans l ADN des cellules de ces deux cultures. Les résultats obtenus sont présentés ci-dessous. - GRILLE D EVALUATION DU DM N 1 ( A RENDRE AVEC LA COPIE ) - NOM : PRENOM : CLASSE : Critère évalué Présentation Orthographe Expression Connaissances de cours Maîtrise du vocabulaire scientifique Etre capable de rédiger une introduction présentant (et reformulant éventuellement) le ou les problèmes à résoudre et annonçant le plan du devoir Etre capable, en analysant précisément les documents, de dégager des informations utiles dans le but de résoudre un problème Etre capable structurer un plan dont chaque partie correspond à une étape de la résolution du problème général Etre capable de réaliser une synthèse de diverses informations afin d apporter une réponse au problème Etre capable de rédiger une conclusion répondant au(x) problème(s) posé(s) Commentaires éventuels AE E

4 Correction du devoir maison n 1 : La relation entre phénotypes et protéines L objectif de cet exercice est de déterminer la cause d une maladie héréditaire, le Xeroderma pigmentosum. Pour cela, nous allons étudier les phénotypes liés à la maladie aux trois échelles de phénotypes, macroscopiques, cellulaires et moléculaires. Dans un deuxième temps, nous mettrons en évidence les mécanismes à l origine de la maladie en établissant un lien logique entre ces divers niveaux de phénotypes. - I - Les différents niveaux de phénotypes liés au Xeroderma pigmentosum : 1) Les phénotypes s du Xeroderma pigmentosum : L exploitation du document 1 permet de dégager divers aspects de la maladie. Il nous est précisé que, «s ils ne sont pas protégés de la lumière solaire, les patients présentent d abord des «coups de soleil» sévères qui ne cicatrisent que très lentement. Des lésions se manifestent ensuite par l apparition de taches sombres sur la peau, rappelant celles des personnes âgées qui ont passé une grande partie de leur vie au soleil et ceci dès la prime enfance (et presque toujours avant 20 ans). Certaines de ces modifications de la peau évoluent vers des cancers». L organe touché, dans cette maladie, est donc la peau. 2) Les phénotypes cellulaires du Xeroderma pigmentosum : L exploitation des documents 1 et 2 permet de mettre en évidence les phénotypes de la maladie au niveau cellulaire. Chez le malade, certaines cellules de la peau ont un fonctionnement anormal et perturbé ce qui conduit soit à leur mort, soit à leur multiplication incontrôlée et par conséquent à l apparition d une tumeur cancéreuse. 3) Les phénotypes moléculaires du Xeroderma pigmentosum : D après les informations des documents 1et 2 on découvre que les UV (mais aussi la fumée de cigarette) créent des dommages dans l ADN des cellules. Les radiations ultraviolettes (UV) peuvent affecter l ADN des cellules en entraînant, par exemple, la formation d une liaison entre 2 thymines successives. Ces deux thymines liées par une liaison covalente forment alors un dimère de thymine (voir document 2a). C est la présence de ces dimères qui perturbe le fonctionnement cellulaire et provoque la mort des cellules. Le document 2b présente les résultats d une expérience menée avec des cellules d individu non atteint et d autres d individus malades. Ces cellules, jamais exposées aux UV, sont progressivement soumises à des doses croissantes d UV et on mesure la fréquence des dimères de thymine formés dans ces cellules. Pour une dose d UV de 25 erg.mm -2, la fréquence de dimères est 5 fois plus élevée dans les cellules des individus malades que dans celles des individus non atteints. Elle est 8 fois plus élevée pour une dose de 100 erg.mm -2. Le document 4 présente les résultats d expériences menées sur des cellules qui n ont jamais été exposées aux UV et qui sont prélevées chez un individu sain et chez un individu atteint de xeroderma pigmentosum. Ces cellules sont mises en culture puis sont soumises à un rayonnement UV de 25 erg.mm-2. On mesure alors l évolution du pourcentage de dimères de thymine dans l ADN des cellules de ces deux cultures. Les résultats obtenus montrent que chez un individu malade, le taux de dimères de thymine présents dans l ADN reste stable (0,10%). Il ne diminue pas pendant les 24 heures qui suivent l exposition. En revanche, chez un individu sain, ce taux diminue pour atteindre 0,05% 20 heures après l exposition.

5 D après les informations du document 1, les dommages causés par les UV sont normalement corrigés par un ensemble de 6 protéines constituant le système de réparation de l ADN. Chacune des 6 protéines a une fonction précise indispensable pour la réparation de l ADN. Chez les malades, l une des 6 protéines réparatrices est anormale et incapable de remplir sa fonction, ce qui rend le système de réparation de l ADN inefficace. Cela explique les résultats des expériences présentés dans le document 2b. Le document 3 présente la structure primaire de l une de ces 6 protéines, la protéine Xpa. Elle est formée de 214 acides aminés chez un individu non atteint alors qu elle est formée seulement de 57 acides aminés chez un individu malade. - II - Le lien logique entre les divers niveaux de phénotype chez un individu atteint de Xeroderma pigmentosum : La structure primaire de la protéine Xpa d un individu atteint est beaucoup plus courte que celle d un individu non atteint. On en déduit que sa structure spatiale doit être bien différente. Par conséquent, sa fonction doit être perturbée voire annulée. Elle n est donc plus capable d intervenir normalement dans la réparation de l ADN suite à une exposition aux UV ou à la fumée de cigarette. Les dimères de thymine qui se forment lors de l exposition à ces agents ne sont donc pas supprimés. Ils s accumulent alors au cours du temps dans les cellules de la peau ce qui conduit à la perturbation de leur fonctionnement. Dans un premier temps, cela conduit aux coups de soleil mal cicatrisés. Dans un deuxième temps, les cellules au fonctionnement perturbé peuvent soit mourir (il y aura alors formation de taches sombres à la surface de la peau), soit se multiplier de façon incontrôlée (ce qui conduira à la formation de tumeurs cancéreuses). En conclusion, on peut donc indiquer que l origine de cette maladie est génétique puisqu elle trouve son origine dans la modification d une protéine réparatrice de l ADN qui, soumis à des agents mutagènes, provoque une perturbation du fonctionnement des cellules de la peau et par conséquent un dysfonctionnement de cet organe.