5A. Organisation du génome Flashcards
20,000 gènes codant protéines
• Ex: gène CFTR (en italique) codant protéine CFTR de la mucoviscidose • Séquence unique, transcrite et traduite. • Locus précis (chr.7) • En général peu, ou pas, de logique de localisation : gènes d’une meme voie biologique sont souvent dispersés sur des chromosomes différents.
Séquences moyennement répétitives, dispersées
Dérivent déléments transposables:
– Rétrotransposons (transcriptase inverse) (mRNA -> cDNA)
– DNA transposons (transposase: couper-coller)
> 40% du génome (!)
Séquences répétées
+ hautement (satellites); qqs pb à qqs centaines de pb
répétées jusqu’à plusieurs millions de fois; fonction? structurelle
(centromères, cas des télomères) ou inconnue.
+ moyennement; transposables (transposons)
SINE (Short INterspersed Elements); ex. sequences Alu
LINE (Long INterspersed Elements); ex seq. Kpn ou L1
Fonctions? notion d’ADN parasite ou égoïste??.
Peuvent être responsables de mutation par insertion
dans un gène fonctionnel ou par recombinaison.
Les centromères
contiennent de l’ADN …
satellite
Hautement répétitif,
en tandem
Microsatellites = short tandem repeats
STR
• ADN non codant et non fonctionnel (sauf exceptions) • n répétitions en tandem dune courte séquence, 1-6 bp • n varie dun allèle à lautre : polymorphisme • Chacun a un locus précis sur un chromosome donné • >10,000 dans le génome
Microsatellite intragénique: dans un intron
(GT)n, avec n variable dun allèle à lautre
= polymorphisme de longueur dune séquence répétée
Duplication génomique
Dans ce cas particulier, permet transcription à haut débit
(avant mitose)
Séquence « moyennement répétitive »
Quy a-t-il à la jonction des duplications?
Répétitions génomiques dispersées
dia 61- 67
Duplication génomique
Evolutions possibles dune duplication génomique:
Ø Gène ancestral => Gene 1 + Gene 2
soit identiques: ex: α1 et α2 globine; C4A et C4B; Histones H1, H2a,
H2b,…
soit légèrement différent: ex beta-globine et gamma-globine;
Ø Gène ancestral => Gene 1 + Pseudogène
ex: CYP21 et pseudoCYP21; ψα globine
duplication génomique
• Morceau de génome dupliqué • Contenait 2 gènes => 2 x 2 gènes « séquences uniques » en double – C4 du complément – CYP21 (21 hydroxylase surrénalienne) Les autres gènes du système du complément, ou des enzymes surrénaliennes, sont dispersés dans le génome, sur divers chromosomes, sans logique
duplication génomique
• Morceau de génome dupliqué • Contenait 2 gènes => 2 x 2 gènes « séquences uniques » en double • Gène CYP21: l’un des duplicats (21A) a dégénéré en pseudogène: accumulation de mutations stop, et autres => non fonctionnel mais très proche en structure
Les pseudogènes accumulent les mutations
au cours de l’évolution
• Une première mutation inactivatrice est tolérée car gène dupliqué • D’autres mutations inactivatrices peuvent suivre
Évolution dun gène dupliqué par une
duplication génomique
Ø Conserve la même fonction Ø Dégénère (pseudogène) Ø Acquiert nouvelle fonction α1 et α2 globine α et ψα globine α et β globine
Hémoglobine : α2β2
• Duplicat initial => alpha
légèrement différent de beta
• Permet allostérie et affinité
variable à lO2
FAMILLE des gènes globine
• Molécules dérivées dun ancêtre commun = molécules HOMOLOGUES • Duplications successives => famille de molécules homologues • Spécialisation fonctionnelle
Séquences uniques du génome
- séquences “uniques”: les gènes au sens habituel du terme (1 ou qqs uns)
- notion de familles de gènes (similitude de séquence, origine évolutive
commune, fonctions souvent apparentées, mais pas nécessairement);
exemples: globines, facteurs nucléaires de transcription, récepteurs G couplés (olfactifs,
visuels, adrenaline…), …
FAMILLE des globines humaines
FAMILLE des globines murines
• Toutes ces molécules ont un ancêtre commun, antérieur à la radiation des mammifères • Spécialisation fonctionnelle similaire dans les 2 espèces, humaine et murine
FAMILLE des globines
• All of these genes have one same common ancestor • Functional sub-specialization of each • Orthologs have similar structure and similar function in Hb
HOMOLOGIE
• Si ancêtre commun: structure HOMOLOGUES
– Hbα humain
– Hbβ humain
– Hbβ murin (souris)
– …. Et toutes autres molécules dérivées de globine ancestrale, dans
toutes les espèces
• ORTHOLOGUES
homologues identiques entre espèces
différentes
– Hbβ humain et Hbβ murin (souris)
PARALOGUES
homologues différents
– Hbα humain
– Hbβ humain
Rmq: Ce qui se ressemble sans ancêtre commun = analogue
Homology vs Analogy
• HOMOLOGY : similarity because of common ancestry
– Orthologs
– paralogs
• ANALOGY : independent processes lead to similar results
ORTHOLOGUES
dérivent d’un même gène unique
présent chez le dernier ancêtre commun aux deux
espèces
PARALOGUES
dérivent d’une duplication génique
Saut de barrière despèce
• Délétion (hmz) gène Hb beta souris => anémie, AR
• Délétion gène Hb beta souris + ajout gène Hb beta
souris => rescue
• Délétion gène Hb beta souris + ajout gène Hb beta
humain => rescue
Clusters de gènes dupliqués
• Organisation des clusters idem chez tous les primates – Légèrement différente chez autres mammifères • Beta + proche de gamma que dalpha • Hb foetale et Hb embryonnaire
Dendrogramme
Comparaison des séquences => quantification de lhomologie
Duplications géniques et divergence
> arbre génétique des globines
- Duplication génomique < 500 Mo années (?)
- Duplicat acquière mutation qui modifie sa fonction
- Si bénéfice adaptatif (fitness), duplicat muté se fixe = constitue 100% allèles
Réorganisations génomiques
Gros morceaux de chromosomes • Petits morceaux de chromosomes – 1 ou qqs exons Ø Conservation de synténie entre espèces Ø Domaines communs à plusieurs gènes Rôle historique des TRANSPOSONS et des séquences répétées dispersées
Réarrangements de gros morceaux
chromosomiques
Gènes synténiques = sur une même molécule dADN 2 blocs de conservation de synténie
Répétitions génomiques dispersées
peuvent entrainer remaniements génomiques
Un tel réarrangement chromosomique par translocation a dû se
produire dans une lignée germinale dun ancêtre de souris
Et a bien profité : devenu 100% de la population des souris actuelles
(fixation
Réarrangements chromosomiques ;
conservations de synténies
Organisation chromosomique peut être tres différente, mais: – Tous les gènes y sont – Gènes quasi identiques – Dans presque le même ordre
TPO et MPO: même domaine PO
TPO = thyroperoxydase (> synthèse horm. thyroïdiennes)
MPO = myéloperoxydase (> activité bactéricide, glob. blancs)
• Domaine peroxydase est commun, mais pas les autres
Exon shuffling
recombinaison homologue non allélique (Rep1/Rep2)
NAHR a eu lieu une fois à cet endroit au cours de
lévolution, et sest fixée dans lespèce = est devenue
la norme => acquisition dun exon supplémentaire
Variants structurels chromosomiques
Délétions ou duplications = Copy Number Variants (CNVs)
Cas particulier:
Copy Number Polymorphisms (CNPs) = CNVs fréquents
5% du génome sont impliqués dans des CNVs
Contient gène(s) , ou pas
