Expression génique, maladies et mutations

Expression des gènes et maladies génétiques

L'expression des gènes est le processus par lequel l'information génétique contenue dans l'ADN est utilisée pour synthétiser des protéines, essentielles au fonctionnement cellulaire. Des anomalies dans ce processus peuvent entraîner des maladies génétiques.

I. Le lien entre ADN et protéines

• L'ADN est une séquence de nucléotides et porte l'information génétique.
• Les protéines sont des séquences d'acides aminés.
• Un gène est une portion d'ADN codant pour une protéine.
• Les allèles sont des versions différentes d'un même gène.
• Le processus de codage : 1 acide aminé est codé par 3 nucléotides (un triplet ou codon).
• Un gène CFTR normal de 4443 nucléotides code une protéine de 1480 acides aminés.
• Les mutations sont des modifications de la séquence d'ADN :
  • Ponctuelles: délétions, additions, substitutions. Elles peuvent être :
    • Non-sens: codent un codon stop prématuré.
    • Faux-sens: changent un acide aminé en un autre.
    • Silencieuses: ne changent pas l'acide aminé.
  • À grande échelle: duplication de gène, inversion, insertion ou délétion d'un fragment de chromatide.

II. Un intermédiaire entre l'ADN et les protéines : l'ARN messager (ARNm)

• L'ARNm est un intermédiaire crucial entre l'ADN (dans le noyau chez les Eucaryotes) et la synthèse des protéines (dans le cytoplasme).
• Différences entre ADN et ARN :
  • ADN: constitué de désoxyribonucléotides avec les bases Adénine (A), Cytosine (C), Guanine (G), Thymine (T).
  • ARN: constitué de ribonucléotides avec les bases Adénine (A), Cytosine (C), Guanine (G), Uracile (U) (U remplace T).
• L'ARNm est synthétisé à partir d'un brin d'ADN matrice (non codant) selon le principe de complémentarité.

III. Étapes de la Transcription

• La transcription est le processus de synthèse de l'ARN à partir d'une matrice d'ADN.
• Elle débute par la liaison de l'ARN polymérase à une région spécifique de l'ADN (promoteur).
• L'ARN polymérase déroule la double hélice d'ADN et synthétise un brin d'ARN complémentaire.

IV. Étapes de la Traduction

• La traduction est le processus de synthèse des protéines à partir de l'ARNm.
• Elle a lieu dans le cytoplasme, au niveau des ribosomes.
• Initiation: Le ribosome se fixe sur l'ARNm au niveau du codon de départ (AUG, codant pour la méthionine).
• Élongation: Les ARN de transfert (ARNt) apportent les acides aminés correspondants aux codons de l'ARNm. Une chaîne polypeptidique se forme.

  Voir le tableau du code génétique pour les correspondances codon-acide aminé.

• Terminaison: La traduction s'arrête lorsqu'un codon stop (UAA, UAG, UGA) est rencontré. La protéine est libérée.

Code génétique (exclusif aux notes)

	2e base U		2e base C		2e base A		2e base G
1ère base U	UUU	Phénylalanine (Phe, F)	UCU	Sérine (Ser, S)	UAU	Tyrosine (Tyr, Y)	UGU	Cystéine (Cys, C)	U
	UUC		UCC		UAC		UGC		C
	UUA	Leucine (Leu, L)	UCA		UAA	STOP	UGA	STOP	A
	UUG		UCG		UAG	STOP	UGG	Tryptophane (Trp, W)	G
1ère base C	CUU	Leucine (Leu, L)	CCU	Proline (Pro, P)	CAU	Histidine (His, H)	CGU	Arginine (Arg, R)	U
	CUC		CCC		CAC		CGC		C
	CUA		CCA		CAA	Glutamine (Gln, Q)	CGA		A
	CUG		CCG		CAG		CGG		G
1ère base A	AUU	Isoleucine (Ile, I)	ACU	Thréonine (Thr, T)	AAU	Asparagine (Asn, N)	AGU	Sérine (Ser, S)	U
	AUC		ACC		AAC		AGC		C
	AUA		ACA		AAA	Lysine (Lys, K)	AGA	Arginine (Arg, R)	A
	AUG	Méthionine (Met, M)	ACG		AAG		AGG		G
1ère base G	GUU	Valine (Val, V)	GCU	Alanine (Ala, A)	GAU	Aspartate (Asp, D)	GGU	Glycine (Gly, G)	U
	GUC		GCC		GAC		GGC		C
	GUA		GCA		GAA	Glutamate (Glu, E)	GGA		A
	GUG		GCG		GAG		GGG		G

V. Régulation de l'expression du génome

L'expression des gènes est un processus finement régulé :

• Chez les Procaryotes: Implication d'opérons, d'activateurs, de répresseurs et d'autorégulation.
• Chez les Eucaryotes: Régulation à plusieurs niveaux :
  • Accessibilité de l'ADN: Condensation/décondensation (ADN en nucléosome = gène non actif).
  • Modifications épigénétiques: Déméthylation/méthylation de l'ADN (par l'ADN méthylase).
  • Facteurs de transcription: Liaison à des éléments enhancers (activateurs) ou silencers (répresseurs).
  • Initiation de la transcription.
  • Maturation du transcrit: Inclut l'épissage alternatif (un même gène peut produire plusieurs protéines).
  • Transport de l'ARNm vers le cytoplasme.
  • Traduction des ARNm.

VI. Anomalies de l'expression des gènes et maladies

• Les mutations peuvent entraîner des protéines non fonctionnelles ou faux-sens.
• Mucoviscidose:
  • Une maladie génétique courante : 1 nouveau-né sur 4000 atteint.
  • Dépistage néonatal en France depuis 2002.
  • Caractérisée par un déficit en protéine CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator).
  • Affecte principalement les voies respiratoires, le système digestif et le système reproducteur masculin.
  • Des séquences d'ADN comparatives (CFTR normal vs. CFTR mucoviscidose) montrent l'absence d'un nucléotide (gap) menant à un raccourcissement de la protéine.
• Cellules cancéreuses: Présentent des mutations dans les cellules somatiques.
• Maladies génétiques: Résultent de mutations transmises par les cellules de la lignée germinale.
• Facteurs épigénétiques: Facteurs extérieurs qui influencent l'expression des gènes sans modifier la séquence d'ADN.

Conclusion

L'expression des gènes est un mécanisme fondamental pour la vie, impliquant une chaîne complexe allant de l'ADN aux protéines via l'ARNm. Toute perturbation, qu'elle soit due à des mutations génétiques ou à des facteurs épigénétiques, peut avoir des conséquences importantes sur la santé, menant à des pathologies comme la mucoviscidose. La régulation constante de cette expression garantit le bon fonctionnement cellulaire.