Sommaire Aujourd'hui. But du programme. Sommaire des cours

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1 Sommaire Aujourd'hui But du programme But du programme Organisation des enseignements Organisation de l'examen Resources Rappels Evolution Génétique Donner une introduction A la physicochimie des protéines A l'analyse de fonction Aux relations Voir comment metre en evidence les liens structure-fonction. Renforcer votre anglais scientifique. Mutation structure-fonction Selection Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 1 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 2 Organisation des Enseignements Sommaire des cours Les Cours (JS) Les TD (JPD) Analyse des données Pratiquer la conversion des mesures experimentales en valeurs utiles. Comment lire un article scientifique. Introduction Mutation et Evolution Oies et Poissons Variations intraespeces Vers et Neurones La Famille Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 3 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 4

2 Organisation de l'examen Resources Comme dans la maitrise mais moins longue... QCM Exercise Question de Synthèse Seront inclus dans l'examen: Les cours Les TD Les transparents Site web du département. Les TD Site web du département. Les articles pour approfondissement. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 5 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 6 Mutation et Evolution Sommaire Rappels sur... L'evolution, la génétique, les mutations la selection et quelques nouvautés! Rappels sur l'évolution et la génétique Les origines de variation Sélection Absence de sélection Importance de l'évolution Variants du papillon Biston betularia Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 7 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 8

3 Rappels évolution Rappels génétique Aujourd'hui nous pouvons examiner les bases moléculaires de ces trois points. Darwin avait 31 ans quand il élaborait sa théorie. Les bactéries sont simples... Une copie d'un simple chromosome parfois deux parfois des plasmides Qui est répliqué et une copie distribuée à chaque cellule fille. Transmission d'une seule copie de l'ensemble du patrimoine génétique par l'unique cellule génitrice aux deux cellules filles. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 9 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 10 Rappels génétique Les eukaryotes sont plus complexes... Plusieurs copies de plusieurs chromosomes Qui sont répliqués Réorganisés (linkage) La moitié des chromosomes hérités de chaque parent. Transmission d'une copie (ou plusieurs copies) du patrimoine génétique par chaqun de deux progenitors aux enfants. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 11 Les origines moléculaire de la variabilité génétique Transposons et virus, systèmes de réparation Changements des séquences d'adn Codants et Non-codants Réorganisations d'adn Délétion Transposition Insertion Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 12

4 Les origines moléculaire de la variabilité génétique Erreurs de reproduction, mutations pontuelles. Changements des séquences d'adn Codants et Non-codants Réorganisations d'adn Délétion Transposition Insertion Plus facile a comprendre au niveau de la protéine. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 13 Mutations et Protéines Mutation rates: Jukes Cantor (1969) C T Kimura (K2P-1980) C T Plus complexe Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 14 A A G G Mutations et Protéines Mutation et sélection Si les fréquences des mutations sont previsibles les résultats ne sont pas. Code génétique Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 15 Une fois qu'une mutation est faite le nouvel allèle peut être: Perdu Fixé (transmis dans la population). On parle de la penetration d'une allèle dans la population. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 16

5 Son sort dépend de La pression de sélection La dérive génétique (chance) Même dans l'absence de sélection la pénétration d'un allèle dans la population varie de generation en generation. Avec une petite population c'est parfois très rapide F(0): p(bleu) = 0,5 La moitié de la population ont des enfants Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 17 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 18 Même dans l'absence de sélection la pénétration d'un allèle dans la population varie de generation en generation. F(0): p = 0,5 Même dans l'absence de sélection la pénétration d'un allèle dans la population varie de generation en generation. F(0): p = 0,5 Avec une petite population c'est parfois très rapide F(1): p = 0,7 Avec une petite population c'est parfois très rapide F(1): p = 0,7 La probabilité de l'allèle (p) change avec chaque génération. Il n'y a aucune tendance à retourner à la distribution initiale. F(2): p = 0,9 F(3): p = 0,8 F(4): p = 0,9 F(5): p = 1,0 La mutation (bleu) est fixé en absence de selection. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 19 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 20

6 Dans une population la dérive génétique s'assure que même dans l'absence de toute sélection une mutation sera eventuellement fixée (p = 1) ou perdue (p = 0) La dérive génétique n'a aucun direction. Elles accumule avec le temps Elle cause la perte de la variabilité génétique d'une population. Elle augmente la variabilité entre populations. Une pression de sélection peut augmenter la vitesse d'une dérive génétique en diminuant la population sans que l'allèle ait la moindre influence sur la survie!! Considérer les effets des liens génétique... les mutations augmentent la variabilité génique la sélection et la dérive génétique diminuent la variabilité génétique. Tous les deux modifient les séquences des gènes et des protéines. Quelle est l'importance rélative de la sélection et de la dérive génétique dans la détermination de la séquence d'une protéine? Tous les différences ne sont pas dû a la sélection. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 21 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 22 Le Paradigme (Biologie Moléculaire) Le Paradigme (Evolution Moléculaire) Séquence du Géne Séquence de la Protéine Structure de la Protéine Fonction de la Protéine Séquence du Génome ARN messager Protéine Structure Fonction Biochimique Cellulaire Physiologique Résistance à la séléction Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 23 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 24

7 ! " $ Le Paradigme (Evolution Moléculaire) Le Paradigme (Evolution Moléculaire) Séquence du Génome ARN messager Protéine Structure Fonction Biochimique Cellulaire Physiologique Résistance à la séléction Pour le comprendre il faut examiner des systèmes modeles un peu plus simples... Les plus grandes difficultés sont d'établir les liens en structure fonction et ecologie. Séquence du Génome ARN messager Protéine Structure Fonction Biochimique Cellulaire Physiologique Résistance à la séléction Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 25 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 26 Etude de l'evolution moléculaire Evolution dirigée Comment éclaircir les liens entre séquence et niche écologique? Manipuler d'une façon expérimentale la variabilité et la pression de sélection. Evolution dirigée... Mutagénèse dirigée... Facile a comprendre les resultats... difficile d'en avoir beaucoup. Maintenant! Facile d'avoir beaucoup de resultats... dificle de les comprendre! Les autres cours! Comment éclaircir les liens entre séquence et niche écologique? Manipuler d'une façon expérimentale la variabilité et la pression de sélection. Evolution dirigée... # Mutagénèse dirigée... Evolution d'une fucosidase à partir d'une glucosidase. Protocol de et sélection un exemple d'évolution dirigée. Zhang J-H, Dawes G. and Stemmer W.P Directed evolution of a fucosidase from a galactosidase by DNA shuffling and screening. Proc. Natl Acad. Sci. USA 94: Etudier la variation naturelle. Etudier la variation naturelle. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 27 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 28

8 % & ) / * Fragmentation aléatoire (mutagénique et recombinogénique) ' ( (hydrolyse du nouveau substrate) Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 29 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis , - Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 31 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 32

9 9 4 : 5 = 8 C > D? G B ; < 6 7 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 33 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 34 A Nouvelle sequence différente des originals F Nouvelle sequence différente des originals De plus introduction de mutations Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 35 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 36

10 H I L M J K Ce protocol donne après 8 cycles une fucosidase (presque)... Glucosidase Fucosidase PNPG k cat (s -1 ) K M (mm) 0,04 0,18 k cat /K M PNPF k cat (s -1 ) K M (mm) 31 1,5 k cat /K M 6,7 64,4 Specificity ,7 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 37 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 38 Quelles sont les modifications de séquence... G/S Q 573 R V/P V 9 I Q 135 R P 511 S N 604 S D 908 N c/t g/a g/a a/g a/g t/c c/t a/g a/g g/a a/g t/c g/a 13 mutations ponctuelles 6 changements dans la séquence protéique de la 5 changements silencieux galactosidase Quelles sont les modifications de la structure... Quatre changements sur la surface: V 9 I, Q 135 R P 511 S D 908 N Un changement proche de la site active: Q 573 R et un changement dans la site de liaison de substrat: N 604 S Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 39 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 40

11 N Liens séquence ecologie Quelles sont les modifications de séquence... G/S Q 573 R V/P V 9 I Q 135 R P 511 S N 604 S D 908 N c/t g/a g/a a/g a/g t/c c/t a/g a/g g/a a/g t/c g/a Actuellement nos connaissances ne suffisent pas dans la plupart des cas pour voir les relations entre une séquence protéique dans un organisme et sa niche écologique. Modification du niveau d'expression? Résidu dans la site actif 1 ou 2 sur 13 (7-15%) mutations probablement important résultat de sélection positive et les autres 11 d'une dérive génétique. Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 41 Mastère 1ère Année (BBSG) Physicochimie B James Sturgis 42