­Structure des gènes

Un gène est un élément fonctionnel qui permet de traduire une protéine. Un gène est constitué :

•  d'exons : c'est la séquence de gène qui reste dans l'ARNm mature.
• d'introns : c'est la séquence d'ADN non codante qui se situe entre les exons. On les retrouve sur l'ARNm primitif et seront épissés au cours de la maturation de l'ARNm pré-messager dans le noyau. L'ARNm transcrit sera protégé en 5' par la séquence CAP et en 3' par la queue polyA.
• d'un site d'initiation de la transcription, qui se trouve au début du premier exon, c'est la séquence ATG.
• de la séquence consensus située en amont de l'extrémité 3' au niveau du dernier exon. C'est la séquence AATAAA et c'est le site de coupure nucléotidique.
• de la région promotrice située en amont du premier exon. Elle permet le contrôle de la transcription grâce à des motifs, tels que TATA box ou CAAT box, permettant la fixation des facteurs de transcription.
• des régions de régulation situées à distance pour induire ou inhiber l'expression du gène.

L'expression des gènes.

La transcription

II y a transcription de l'ADN en ARNm et maturation du transcrit primaire.

On retrouve des modifications post transcriptionnelles permettant de protéger l'ARNm de la dégradation grâce à la queue polyA et le CAP5'.

On assiste à l'épissage des introns. Pour que cet épissage se fasse correctement, il faut que trois séquences interviennent :

• un site donneur d'épissage avec les 2 nucléotides GT. Ce site se situe sur l'exon.
• un site accepteur d'épissage avec les 2 nucléotides AG. Ce site se situe sur l'intron.
• les riboprotéines nucléaires qui vont englober les 2 exons séparés de l'intron à épisser.

La traduction.

Trois acides nucléiques codent pour un acide aminé. Il existe un code universel mais dégénéré puisque plusieurs codons codent pour un acide aminé.

La traduction débute au niveau du premier codon AUG qui code pour une méthionine.

Elle se termine au niveau d'un codon stop (UAG, UGA, UAA).

En 5' du codon d'initiation et en 3' du codon stop, on trouve des régions non codantes de l'ARNm.

Les anomalies des gènes

La localisation des mutations définit les conséquences :

• la mutation au niveau du promoteur provoque une anomalie quantitative de la transcription du gène concerné.
• la mutation d'un codon AUG provoque une anomalie de l'initiation de la traduction, puisqu'elle ne commencera pas au niveau de la première méthionine.
• la mutation touchant un exon peut ajouter ou enlever ou remplacer un acide aminé, mais aussi introduire un codon stop. Ces mutations sont appelées non-sens(codon stop) ou faux sens( changement d'un acide aminé).
• la mutation touchant la fin ou le début d'un intron va empêcher le découpage normal de l'intron au moment de l'épissage, puisqu'elle touche le site donneur/accepteur.
• la mutation touchant le codon stop va faire que la traduction va continuer jusqu'à la rencontre d'un autre codon stop.
• la mutation du site de polyadénilation, servant à la formation de la queue polyA, va induire une stabilité anormale de l'ARNm.

Pathologies moléculaires : nature des mutations

Les mutations ponctuelles

Les substitutions

C'est le remplacement d'un nucléotide par un autre.

Si la substitution touche les séquences de régulations en amont, on aura une altération de la transcription par rapport à sa régulation. Il n'y a donc pas d'expression du gène. Ce type de mutation est rare.

Si la substitution touche les régions codantes on peut avoir :

• une substitution au niveau du codon d'initiation AUG.
• une mutation faux sens (l'acide aminé est remplacé par un autre). Elle peut être conservatrice (l'acide aminé est remplacé par la même acide aminé ou un acide aminé qui a les mêmes propriétés physico-chimiques c'est à dire basique, acide, polaire...) ou non conservatrice (on remplace l'acide aminé par un autre qui n'aura pas les mêmes propriétés physico-chimiques).
• mutation non sens, c'est à dire que la mutation change le codon codant pour un acide aminé en un codon stop. Le mécanisme le plus fréquent est la substitution d'une cytosine en thymine.
• une mutation du codon terminal de traduction fait que le ribosome continue à traduire jusqu'au codon stop suivant.

Si la substitution touche les introns, notamment la séquence consensus, on pourra avoir :

• un skipping d'exon : l'exon disparaît qu'il soit en amont ou en aval.
• une rétention intronique : l'intron est conservé dans l'ARNm mature.
• une stimulation d'un site cryptique d'épissage exonique ou intronique : la substitution au niveau des séquences AG ou GT va activer ce site et on va donc utiliser la séquence AG ou GT suivante comme site de clivage pour l'épissage. Ainsi, si la séquence suivante est sur l'exon , l'ARNm perdra un bout d'exon. Inversement, si la séquence suivante se trouve sur l'intron, alors l'ARNm gardera un bout d'intron.

Cette stimulation du site cryptique peut aboutir à un skipping d'exon si on a une mutation dans un 1^er intron et qu'il n'y a rien pour épisser avant la fin du 2^ème intron. Ceci conduit le plus souvent à un décalage du cadre de lecture ce qui le plus souvent aboutit à l'apparition d'un codon stop prématuré.

Délétion ou insertion d'une base

C'est l'ajout ou la soustraction d'une seule base.

Cela peut toucher les séquences régulatrices en amont du gène ce qui provoquera une anomalie de la transcription.

Elles peuvent aussi toucher les régions codantes provoquant un décalage du cadre de lecture, ce qui induit le plus souvent l'introduction d'un codon stop.

Insertion ou délétion de plusieurs bases

Si cette insertion ou délétion de bases ne correspond pas à un multiple de 3 on aura alors un décalage du cadre de lecture.

Par contre, si cela correspond à un multiple de trois, on aura une modification de la fonction de la protéine.

Expression de triplets

C'est la répétition instable de 3 nucléotides dans des régions codantes ou hors régions

Codantes. Ceci est à l'origine de maladies neurodégénératives se traduisant par un retard mental.

Ce sont des maladies héréditaires dont la transmission est dominante. Comme la chorée de Huntington, le syndrome de l'X fragile chez l'homme, la dystrophie myotonique. Les mécanismes moléculaires de ces mutations ne sont pas bien compris.

Les disomies uniparentales

C'est le fait qu'un enfant a hérité des deux copies d'un chromosome d'un seul parent. Par exemple ceci peut provoquer le syndrome de Prader-Willi et le syndrome d'Angelman. Ces 2 syndromes touchent le chromosome 15(15ql1) : s'il provient de la mère on aura un syndrome de Prader-Willi, et s'il provient du père on aura un syndrome d'Angelman.

 

La biologie moléculaire va permettre la compréhension des phénomènes qui conduisent à des anomalies d'expression de gènes, le diagnostic des maladies héréditaires par l'analyse des gènes de ces individus atteints, l'identification des mutations responsable de la maladie (important pour la descendance).