Thème 1A : Chap.2 : La variabilité de l ADN et son origine TP 4 : Activité 1 (1H) Mitose et réplication de l ADN assurent, aux mutations (modification de la séquence des nucléotides d un gène) près, une stabilité de l information génétique de génération en génération de cellules La bêta-thalassémie correspond à un ensemble de maladies liées à une altération de la synthèse de la chaine bêta de l hémoglobine, molécule indispensable au transport du dioxygène dans le sang. Les individus atteints produisent moins ou aucune chaine bêta, ce qui a des incidences sur la fabrication de l hémoglobine. Les formes les plus sévères provoquent des anémies graves qui nécessitent transfusions et greffe de moelle osseuse. Les différentes bêta-thalassémies reposent sur des mutations du gène (séquence de nucléotides) responsables de la fabrication de la chaine bêta de l hémoglobine. On se propose de découvrir les mutations qui peuvent affecter l ADN et leur(s) origine(s) à partir de l étude des différentes séquences du gène de la bêtathalassémie Matériel : logiciel ANAGENE (et sa fiche technique) avec le fichier «Bêta» du dossier «Les chaines de l hémoglobines» de la banque de séquence du logiciel qui comporte les séquences : - normales "betacod.adn" - mutées des thalassémies "tha1cod.adn", "tha5cod.adn","tha6cod.adn", "tha8cod.adn" Le document 1 complémentaire sur l origine possible des mutations sur la fiche réponse Capacités testés : 2.4 Utiliser le logiciel anagène / 2.2 Exploiter des informations/ 3.3 Respecter les locaux, le matériel et les personnes Activités et déroulement des activités Capacité barème 1. Ouvrir dans la banque de séquences du logiciel ANAGENE dans le fichier «Bêta» du dossier «Les chaines de l hémoglobines» les séquences : "betacod.adn", "tha1cod.adn", "tha5cod.adn","tha6cod.adn", "tha8cod.adn". 2. Indiquez en justifiant votre réponse sur la fiche réponse, quelle séquence servira de référence pour l étude des mutations du gène de la bêta-thalassémie? 3. Sélectionner et traiter pour comparer en alignement avec discontinuité les séquences du gène de la Béta-thalassémie à la séquence de référence choisie (qui sera placée en première ligne). Appeler pour vérification et déblocage éventuel 4. Remplir les cases «caractère du changement» du tableau proposé sur la fiche réponse Appeler pour vérification et déblocage éventuel 5. Définir, à partir de votre étude, les différents types de mutations possibles de la molécule d ADN et remplir les cases correspondantes du tableau de la fiche réponse 6. Expliquer en quelques phrases l origine de ces mutations Utiliser un logiciel de traitement de données Comprendre la manipulation Utiliser un logiciel de traitement de données Utiliser un logiciel de traitement de données et représenter des données dans un tableau Appliquer une démarche explicative /1 /1 /1 /3 /2 /2
Feuille réponse Comparaison ADN de référence/adn thalassémique Types de mutation D après SVT 1 ère S NATHAN 2011 Document 1 : Estimation du taux d erreur de l ADN polymérase dans différents organisme en dénombrant les mutants présents dans une population. Le taux d erreur est présenté ici pour la forme normale (lorsque les erreurs de l ADN n ont pas de conséquence sur la forme et la fonction de la protéine : mutation silencieuse) et la forme mutée de la protéine
Thème 1A : Chap.2 : La variabilité de l ADN et son origine TP 4 : Activité 2 : Influence d un agent mutagène sur la population néo-calédonienne Mitose et réplication de l ADN assurent, aux mutations près, une stabilité de l information génétique de génération en génération de cellules Les cancers de la peau sont dus à une multiplication incontrôlée de certaines cellules de la peau. Le plus dangereux de ce type de Cancers est le mélanome qui prend l apparence d un grain de beauté (voir photo a ci-contre) et qui grossit et métastasase très rapidement. Ils ont pour origine l accumulation, sur de nombreux gènes, de mutations qui sont des phénomènes pourtant rares. Malgré cela, les cancers de la peau se développent à des taux de plus en plus important en Nouvelle-Calédonie. Objectif : On se propose de découvrir comment un agent mutagène comme le rayonnement UV peut-il augmenter la fréquence des mutations et générer des maladies comme le cancer. Capacités testées : 2.4 Utiliser les logiciels Excel et Word / 2.2 Exploiter des informations Attitudes : 3.3 Respecter les locaux, le matériel et les personnes Temps imparti : 1h00 Matériel : - Tableur EXCEL (et sa fiche technique) et traitement de texte WORD (et sa fiche technique) Les documents annexes 1 à 3 A. Exploitation des Etudes statistiques sur les cancers de la peau en Nouvelle Calédonie réalisées par la DASS de 2002 à 2010 (30 min) 1. Construire à l aide du tableur Excel un graphique adapté à partir des données du tableau du document 1. 2. Utiliser les fonctionnalités du tableur Excel pour titrer et légender correctement le graphique obtenu, puis le copier dans Word en 2 exemplaires pour les imprimer sur 1 seule page (rem : si vous voulez conserver les couleurs de votre graphique faites un impecran et rogner ensuite) 3. Exploiter le graphe obtenu et le texte du Document 1 pour préciser l évolution des cancers de la peau en Nouvelle Calédonie depuis 20 ans et émettre des hypothèses sur l origine environnementale (rayonnement UV) de cette évolution. B. Etude de documents (30 min) A partir de l étude et de la mise en relation des différents documents proposés, expliquer l évolution des cancers de la peau depuis 20 ans en Nouvelle- Calédonie
Document 1 : Les cancers de la peau en quelques chiffres en Nouvelle-Calédonie Le nombre de cancers est en constante progression en Nouvelle-Calédonie Cependant, il faut noter qu en 2001, l importante progression du nombre de cancers enregistrés vient du fait de la meilleure communication des résultats par les médecins et de la prise en compte d autres tumeurs cutanées que le mélanome (cancérisation des cellules pigmentaires de la peau : les mélanocytes) génitaux féminins et les cancers de la peau. Les européens sont plus particulièrement touchés par les cancers cutanés En 2002, le cancer le plus fréquent chez l homme est le cancer de la peau (25% des cancers pour 15,5% chez la femme) Source : Extraits de «SITUATION SANITAIRE en NOUVELLE CALEDONIE années 2002 de la DASS» Document 2 : Images satellitales montrant l exposition de la population Néo-calédonienne aux UV Le «trou» dans la couche d ozone correspond à une diminution depuis les années 70 de la concentration en ozone de la stratosphère, notamment au-dessus du pôle Sud, ce qui augmente le flux de rayons UV émis par le soleil au niveau du sol. Légende : Nouvelle-Calédonie Pôle Sud DU : L'unité Dobson permet d'exprimer la concentration de colonne d'ozone dans l'atmosphère. La valeur normale pour la concentration d'ozone est de 350 DU. Nombre de cas de cancers de la peau déclarés à la DASS de 1991 à 2008 (Chiffres extraits de «SITUATION SANITAIRE en NOUVELLE CALEDONIE années 2002, 2006-2007,2008 et 2010 de la DASS») Prévision de la teneur totale en ozone pour le 01/09/2005 crédit : KNMI/ESA Les composés fluorés produits par l Homme, et surtout les chlorofluorocarbures (CFC ou fréons) sont considérés comme les polluants majoritairement responsables de la dégradation de la couche d'ozone. En Nouvelle-Calédonie, le protocole de Montréal, qui vise à protéger la couche d ozone, ne s applique pas. Par exemple, beaucoup de climatiseurs utilisent des gaz réfrigérants (R22 par exemple) interdits en Europe. Etant donné les conditions actuelles de retraitement des déchets, il est recommandé à chacun de s informer avant l achat pour réduire l impact final sur l environnement. Document 3 : Effet des rayons ultraviolets sur l ADN de levures Les UV provoquent la formation de liaisons entre 2 thymines adjacentes. Ces dimèrent de thymine déforment la double hélice d'adn et stoppent la plupart des ADN polymérases lors de la réplication, induisant la mort d un grand nombre de cellules, c'est le coup de soleil. Certaines ADN polymérases parviennent toutefois à les franchir mais commettent souvent des erreurs qui peuvent perturber le métabolisme cellulaire et provoquer une multiplication incontrôlée des cellules mutées : un cancer de la peau. D après SVT 1 ère S Belin 2011
ACTIVITE 3 : Le devenir des lésions de l ADN (A préparer à la maison) Les cancers (comme le mélanome) sont des maladies dues à une multiplication incontrôlée de certaines cellules. Ils sont causés par l accumulation de mutations sur de nombreux gènes. A partir des différents documents proposés, expliquer sous la forme d un schéma fonctionnel le devenir d une mutation dans un organisme puis dans une population (schéma pouvant se faire sur outil informatique) Document 1 : Une réparation plus ou moins efficace de l ADN D après SVT 1 ère S BORDAS 2011 D après SVT 1 ère S BORDAS 2011
Thème 1A : Chap.2 : Correction : La variabilité de l ADN et son origine TP /TD4 : activité 1 On se propose de découvrir les mutations qui peuvent affecter l ADN et leur(s) origine(s) à partir de l étude des différentes séquences du gène de la bêtathalassémie 2. Indiquez en justifiant votre réponse sur la fiche réponse, quelle séquence servira de référence pour l étude des mutations du gène de la bêta-thalassémie? La séquence de référence qui permettra, par comparaison avec les séquences mutées, de localiser, d identifier les différentes mutations à l origine des Bêta-thalassémie est la séquence «normale», non mutée (d origine) qui est "betacod.adn" 4 et 5 : Remplissage du tableau 52 T remplace A 444 substitution Mutation ponctuelle par substitution/remplacement d un nucléotide par un autre 218 Addition nucléotide A 445 addition Mutation ponctuelle par ajout d un nucléotide 50 Délétion nucléotide C 443 délétion Mutation ponctuelle par suppression d un nucléotide 125 à 129 Délétion nucléotide C 440 délétion Mutation ponctuelle par suppression de quelques nucléotides 6 Expliquer en quelques phrases l origine de ces mutations: Les mutations viennent d erreurs de mise en place des nucléotides par l ADN polymérase lors de la réplication (phase S). Ses mutations peuvent avoir des conséquences sur le fonctionnement de la protéine (mutation ponctuelle ou décalante) ou rester silencieuses
ACTIVITE 2 : Influence d un agent mutagène sur la population néo-calédonienne (Corrigé) A partir de l étude et de la mise en relation des différents documents proposés, expliquer l évolution des cancers de la peau depuis 20 ans en Nouvelle-Calédonie Introduction : Les cancers de la peau sont dus à une multiplication incontrôlée de certaines cellules de la peau. Ils sont causés par l accumulation, sur de nombreux gènes, de mutations qui sont des phénomènes pourtant rares. Malgré cela, les cancers de la peau se développent à des taux de plus en plus important en Nouvelle Calédonie A partir de l étude et de la mise en relation des documents 1 à 3, nous expliquerons l évolution de cancers de la peau depuis 20 ans en Nouvelle-Calédonie Document 1 : Présentation : Le document 1 nous montre, sous la forme d un graphique à courbe, l évolution du nombre de cas de cancers de la peau déclarés en Nouvelle-Calédonie sur 20 ans. Commentaire graphique : On observe globalement qu au cours du temps le nombre de cas de cancers de la peau augmente. En 20 ans, ce taux a presque été multiplié par 7 entre 1991 et 2008 ( à noter une augmentation importante de 110 cas en 2002 du fait de la meilleure participation des médecins libéraux à la déclaration des différents cas de cancers de la peau). De plus, il nous est précisé que le cancer de la peau est plus fréquent chez les Européens, chez les hommes (25% des cancers en 2002) ainsi que chez les jeunes adultes. Interprétation : On peut supposer que la population néo-calédonienne d ethnie européenne (couleur de peau plus claire, culture du bronzage ), de sexe masculin (exposition plus importante au soleil) est plus sensible à ce type cancer de façon précoce (climat tropical) que les autres avec une forte augmentation des cas depuis 20 ans (prise de conscience des dangers des UV tardive ) Conclusion partielle : On en conclue que la forte augmentation de cas de cancers de la peau en NC est récente (depuis 20ans) et pourrait être due à l exposition plus importante aux rayons UV et plus précoce de la population néocalédonienne à la peau claire (surtout masculine). Document 2 : Présentation : Le document 2 présente 2 images satellitales : l une est une image satellitale localisant le trou de la couche d ozone et l autre une image 3D de ce trou au niveau de l Antarctique. Commentaire graphique: On observe que l amincissement de la couche d ozone (couche protectrice des rayons UV émis par le soleil) est localisé juste au dessus du pôle Sud, donc non loin de la Nouvelle-Calédonie qui présente une concentration en ozone de 250 DU. De plus, on y apprend que l apparition du trou de la couche d ozone est récente et date des années 70. Interprétation : On en déduit que la Nouvelle Calédonie est depuis 30 ans, plus exposée (moins protégée) aux rayons UV de part sa localisation proche du trou (affinement) de la couche d ozone protectrice des UV au Pôle Sud mais aussi du fait de la proximité à l équateur (ou les rayons solaires arrivent de façon plus directe) Conclusion partielle : On en conclue que la récente et forte augmentation des cas de cancers de la peau en NC pourrait être expliquée par le récent affinement de la couche d ozone et donc de l exposition plus importante de la population aux UV. Document 3 : Présentation : Le document 3 nous présente une image de synthèse d un ADN lésé accompagnée de schémas nous expliquant les effets des rayons UV sur l ADN de levure. Commentaire graphique: On observe globalement une déformation de la molécule d ADN au niveau d un dimère de thymine. En effet, le schéma nous apprend que l impact des rayons UV sur l ADN provoque la formation anormale de 2 thymines adjacentes à l origine de la déformation de l ADN. Ce dimère peut entrainer ensuite l arrêt de la réplication donc la mort de la cellule ou des erreurs de réplication donc des mutations. Interprétation : On en déduit que les rayons UV solaires peuvent agir directement sur l ADN, le modifier (dimère de thymine), perturber le fonctionnement des ADN polymérases, provoquant ainsi des mutations à l origine des cancers de la peau Synthèse : On en conclut que la récente et forte augmentation de cas de cancers de la peau en Nouvelle-Calédonie pourrait être expliquée par le récent affinement de la couche d ozone et donc de l exposition aux UV plus importante et de façon précoce, de la population néo-calédonienne à la peau claire. En effet, les rayons UV (facteur environnemental) peuvent agir directement sur la molécule d ADN, la modifier (dimère de thymine) perturbant le fonctionnement de l ADN polymérase et générer des mutations à l origine de mélanome. Le rayonnement UV est considéré comme un agent mutagène.
ACTIVITE 3 : Le devenir des lésions de l ADN Les cancers (comme le mélanome) sont des maladies dues à une multiplication incontrôlée de certaines cellules. Ils sont causés par l accumulation de mutations sur de nombreux gènes. A partir des différents documents proposés, expliquer, sous la forme d un schéma fonctionnel, le devenir d une mutation dans un organisme, puis dans une population (schéma pouvant se faire sur outil informatique) Schéma Fonctionnel possible :