2. Organisation du génome chez les eucaryotes Flashcards
Quelles sont les deux grandes catégories de séquences répétées dans le génome eucaryote ?
- Répétitions en tandem
- Répétitions dispersées (ex: paralogues, qui résultent de duplications de gènes dispersées dans le génome)
Que peut générer une duplication de gènes ?
Une duplication de gènes peut générer des pseudogènes (perte de fonction) ou des paralogues (gènes fonctionnels ayant des fonctions similaires ou distinctes).
Quels sont les trois chemins évolutifs possibles pour des gènes dupliqués ?
- Pseudogénisation (perte de fonction),
- Paralogues : gènes issus de la duplication d’un gène ancestral au sein d’une même espèce. Ils peuvent évoluer pour conserver la même fonction, se spécialiser (sous-fonctionnalisation) ou acquérir de nouvelles fonctions (néo-fonctionnalisation).
Quelle est la différence principale entre un paralogue et un orthologue ?
- Paralogues : duplication de gènes au sein d’une même espèce.
- Orthologues : spéciation, conservent une fonction similaire dans des espèces différentes.
Cette distinction est cruciale pour comprendre comment des gènes peuvent diverger dans une même espèce (paralogues) ou se conserver dans des espèces différentes (orthologues).
Comment les paralogues acquièrent-ils des fonctions distinctes, et quel exemple illustre ce processus ?
Les paralogues évoluent pour remplir des fonctions distinctes souvent reliées mais non identiques.
Ex: la myoglobine et l’hémoglobine. Ces protéines transportent ou stockent l’oxygène, mais dans des contextes différents (tissus vs sang).
Quelle est la similarité structurelle entre la myoglobine, l’α-globine et la β-globine, et qu’est-ce que cela révèle sur leur relation en tant que paralogues ?
Bien qu’elles aient une faible identité de séquence (18 %), leur structure tridimensionnelle est très similaire. Cela illustre leur origine commune en tant que paralogues.
Quelle est la principale différence structurale entre la myoglobine et l’hémoglobine ?
La myoglobine est un monomère, adaptée au stockage d’oxygène dans les tissus, tandis que l’hémoglobine est un tétramère, spécialisée dans le transport de l’oxygène dans le sang.
Comment l’expression des chaînes d’hémoglobine est-elle régulée pendant le développement ?
Les chaînes d’hémoglobine (α et β) sont exprimées différemment selon les stades de développement (exemple : sac vitellin, foie, moelle osseuse), pour répondre aux besoins spécifiques en oxygène.
Comment les paralogues de globine ont-ils évolué ? Où se trouvent les gènes de globine dans le génome humain ?
Les paralogues de globine ont évolué à partir de duplications ancestrales survenues au cours de l’évolution, créant des gènes distribués sur différents chromosomes.
Les gènes HBA1 et HBA2 (α-globine) sont sur le chromosome 16, HBB (β-globine) sur le chromosome 11, MB (myoglobine) sur le chromosome 22, CYGB sur le chromosome 17, et NGB sur le chromosome 14. (Sûrement pas à l’examen)
Quel est l’impact des séquences répétitives dispersées sur l’évolution des génomes eucaryotes ?
Les séquences répétitives, comme les L1, peuvent provoquer des réarrangements chromosomiques par recombinaison homologue. Ces réarrangements peuvent persister s’ils ne nuisent pas à l’organisme.
Pourquoi la structure des gènes de globine a-t-elle légèrement varié au fil du temps ?
La variation résulte de la réduction de la pression sélective, un effet de la redondance génétique.
Quelles sont les conséquences pathologiques possibles des répétitions et des recombinaisons entre paralogues de globine ?
Les thalassémies peuvent survenir, causées par une recombinaison incorrecte entre les gènes de globine, ce qui crée des gènes hybrides ou réduit l’expression des chaînes de globine.
Qu’est-ce que le syndrome de Lepore, et comment se manifeste-t-il ?
Le syndrome de Lepore est une forme de thalassémie causée par une recombinaison anormale entre les gènes de globine β et δ, conduisant à une anémie. Les symptômes incluent fatigue, faiblesse, pâleur, déformations osseuses et transport inefficace de l’oxygène.
Combien de gènes de tRNA et de pseudogènes de tRNA existe-t-il chez l’humain et où se trouvent-ils ?
Il y a environ 500 gènes de tRNA et 325 pseudogènes de tRNA chez l’humain. Environ 56 % (280 gènes) se trouvent sur les chromosomes 1 et 6, et les autres sont répartis sur plusieurs chromosomes (3, 4, 8, 9, 10, 12, 18, 20, 21 et X).
Il y a 22 gènes de tRNA dans les mitochondries humaines, qui utilisent un code génétique différent de celui du génome nucléaire.
Pourquoi les tRNA sont-ils considérés comme des séquences répétées dispersées et comment leur organisation et structure contribuent-elles à leur fonction ?
Les tRNA sont considérés comme des séquences répétées dispersées en raison de leur dispersion dans le génome et de leurs similitudes de séquence.
Ils adoptent une structure tridimensionnelle spécifique grâce à la complémentarité entre leurs bases, essentielle à leur rôle dans la traduction.
Quel avantage sélectif peut expliquer le grand nombre de gènes de tRNA ?
Un grand nombre de gènes de tRNA garantit une disponibilité suffisante pour répondre aux besoins de traduction intensive dans les cellules.
Pourquoi y aurait-il une pression sélective pour organiser les gènes
de tRNA en clusters; en quoi ceci est avantageux?
L’organisation en clusters facilite la régulation coordonnée de leur expression, permettant une production rapide et efficace en réponse aux besoins cellulaires.
Que sont les séquences répétées en tandem et comment sont-elles organisées ? (RAPPEL)
Les séquences répétées en tandem sont des groupes de gènes disposés en séries répétées, séparés par des séquences non transcrites. Les gènes sont arrangés de manière régulière, un à la suite de l’autre, ce qui les différencie des séquences répétées dispersées.
Quels gènes sont organisés en répétitions en tandem et pourquoi ?
Les gènes codant pour les ARN ribosomaux (ARNr) sont organisés en tandem. Cela permet une production massive des ARNr, essentiels au fonctionnement des ribosomes, car ces gènes représentent 80-90 % de la masse totale d’ARN dans une cellule.
Quelle est la composition et la fonction principale du ribosome ?
Le ribosome est composé d’ARN (structure et fonction) et de protéines. Il est responsable de la traduction des ARN messagers en protéines.
Qu’est-ce que l’ADN ribosomal (rDNA) et comment est-il structuré ?
L’ADN ribosomal contient les gènes codant pour les ARNr, organisés en unités transcriptionnelles.
Chaque unité inclut des gènes (pour le 18S, le 5.8S et le 28S), séparés par des espaces non transcrits. Chez l’humain, on trouve entre 300 et 400 copies de ces gènes réparties sur 5 chromosomes.
Comment se déroule la transcription de l’ARN ribosomal (ARNr) et quel est le rôle de l’ARN polymérase I ?
L’ARNr 45S est transcrit par l’ARN polymérase I (RNA pol I), puis il est matûré en ARN 18S, 5.8S et 28S au cours du processus de maturation.
Cette transcription se fait au niveau des unités transcriptionnelles, séparées par des espaces non transcrits.
Quels sont les effets des répétitions directes dans les gènes de rDNA et leur lien avec le vieillissement ?
Les répétitions directes dans les gènes de rDNA peuvent entraîner la formation de cercles ribosomaux extra-chromosomiques (ERC), qui sont associés au vieillissement. Cela est dû à la perte de stabilité du rDNA, causée par des “cross-overs” entre les répétitions, et à la formation accrue d’ERC avec l’âge.
Comment la surabondance des ERC cause-t-elle le vieillissement ?
La présence excessive d’ERC pourrait séquestrer des facteurs essentiels comme l’ARN polymérase III et d’autres composants impliqués dans la réplication de l’ADN, ce qui empêche leur fonction normale sur les autres régions chromosomiques, contribuant ainsi au vieillissement cellulaire.
Quel est l’impact de la perte de la protéine Sir2 sur le vieillissement ?
La perte de Sir2 entraîne un vieillissement accéléré, en raison de la décompaction de la chromatine et de la formation accrue d’ERC, ce qui favorise la perte de stabilité du rDNA et augmente les erreurs dans la transcription et la réplication.
Quels sont les gènes qui montrent une organisation en tandem, en plus des gènes de rDNA ? Pourquoi est-il important que les gènes d’histones soient organisés en tandem ?
Les gènes d’histones sont également organisés en tandem. Ces gènes sont responsables de la synthèse des histones, essentielles pour la réplication de l’ADN et la formation de la chromatine.
Cette organisation permet une synthèse coordonnée des histones, essentielle pour l’assemblage des histones sur l’ADN lors de la réplication. Le nombre de copies de chaque gène d’histone doit être précisément coordonné pour éviter une agrégation non spécifique des protéines.
Pourquoi les gènes répétés en tandem, comme le rDNA ou les gènes d’histones, sont-ils souvent identiques malgré leur grand nombre ?
Cela s’explique par des mécanismes de duplication et d’homogénéisation des gènes. Ces mécanismes corrigent les mutations dans les copies redondantes, préservant ainsi l’identité entre les répétitions en tandem pour maintenir leur fonctionnalité.
Quels types de réarrangements peuvent être causés par un crossover ?
Un crossover normal échange des parties entre deux chromosomes. Un crossover inégal peut entraîner :
- Une amplification génique sur un chromosome.
- Une délétion ou contraction de séquences sur l’autre chromosome.
Comment la conversion génique contribue-t-elle à l’homogénéisation des séquences répétées ?
La conversion génique utilise une copie intacte comme modèle pour corriger une brisure double-brin dans une autre copie.
Ce processus conserve l’identité entre les séquences répétées et augmente en fréquence lorsque les séquences sont proches.
Pourquoi les LINE1 et autres séquences répétitives accumulent-elles peu de mutations, malgré leur faible pression sélective ?
Les séquences LINE1 peuvent être inactivées ou réparées par des mécanismes comme la conversion génique ou la recombinaison.
Ces processus limitent l’accumulation de mutations en corrigeant les erreurs en utilisant des séquences similaires comme modèles.
Quel mécanisme pourrait favoriser l’inactivation des LINE1 dans le génome ?
La méthylation de l’ADN, combinée à la répression transcriptionnelle par des protéines comme Sir2, pourrait inhiber l’activité des séquences LINE1, réduisant leur impact dans le génome.
Qu’est-ce que l’ADN satellite et quelles sont ses caractéristiques principales ?
L’ADN satellite est constitué de séquences simples et courtes répétées en tandem. Il est très abondant dans le génome humain (environ 3 %) et présente un fort polymorphisme, avec des variations dans le nombre de répétitions entre individus.
Comment les répétitions simples dans l’ADN peuvent-elles se former ?
Elles se forment par glissement ou mauvais appariement lors de la réplication de l’ADN. Cela peut entraîner un arrêt, un réappariement incorrect et, après plusieurs cycles de réplication, une augmentation du nombre de répétitions.
Pourquoi les séquences STR (short tandem repeats) sont-elles utiles en médecine légale ?
Les STR sont polymorphiques, ce qui permet de distinguer des individus en fonction du nombre de répétitions à des sites spécifiques.
Elles sont utilisées pour analyser l’ADN trouvé dans des échantillons biologiques comme le sang, la salive, les poils, ou le sperme afin de relier un suspect à une scène de crime ou pour des tests de filiation.
