5A. Organisation du génome

Question 1

20,000 gènes codant protéines

Answer 1

• 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.

Question 2

Séquences moyennement répétitives, dispersées

Answer 2

Dérivent d􀀁éléments transposables:
– Rétrotransposons (transcriptase inverse) (mRNA -> cDNA)
– DNA transposons (transposase: couper-coller)
> 40% du génome (!)

Question 3

Séquences répétées

Answer 3

+ 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.

Question 4

Les centromères

contiennent de l’ADN …

Answer 4

satellite
Hautement répétitif,
en tandem

Question 5

Microsatellites = short tandem repeats

STR

Answer 5

• ADN non codant et non
fonctionnel (sauf exceptions)
• n répétitions en tandem d􀀁une
courte séquence, 1-6 bp
• n varie d􀀁un allèle à l􀀁autre :
polymorphisme
• Chacun a un locus précis sur
un chromosome donné
• >10,000 dans le génome

Question 6

Microsatellite intragénique: dans un intron

Answer 6

(GT)n, avec n variable d􀀁un allèle à l􀀁autre

= polymorphisme de longueur d􀀁une séquence répétée

Question 7

Duplication génomique

Answer 7

Dans ce cas particulier, permet transcription à haut débit
(avant mitose)
Séquence « moyennement répétitive »
Qu􀀁y a-t-il à la jonction des duplications?

Question 8

Répétitions génomiques dispersées

Answer 8

dia 61- 67

Question 9

Duplication génomique

Answer 9

Evolutions possibles d􀀁une 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

Question 10

duplication génomique

Answer 10

• 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

Question 11

duplication génomique

Answer 11

• 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

Question 12

Les pseudogènes accumulent les mutations

au cours de l’évolution

Answer 12

• Une première mutation
inactivatrice est tolérée
car gène dupliqué
• D’autres mutations
inactivatrices peuvent
suivre

Question 13

Évolution d􀀁un gène dupliqué par une

duplication génomique

Answer 13

Ø Conserve la même fonction
Ø Dégénère (pseudogène)
Ø Acquiert nouvelle fonction
α1 et α2 globine
α et ψα globine
α et β globine

Question 14

Hémoglobine : α2β2

Answer 14

• Duplicat initial => alpha
légèrement différent de beta
• Permet allostérie et affinité
variable à l􀀁O2

Question 15

FAMILLE des gènes globine

Answer 15

• Molécules dérivées d􀀁un ancêtre
commun
= molécules HOMOLOGUES
• Duplications successives
=> famille de molécules
homologues
• Spécialisation fonctionnelle

Question 16

Séquences uniques du génome

Answer 16

• 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…), …

Question 17

FAMILLE des globines humaines

FAMILLE des globines murines

Answer 17

• Toutes ces molécules ont un
ancêtre commun, antérieur à la
radiation des mammifères
• Spécialisation fonctionnelle
similaire dans les 2 espèces,
humaine et murine

Question 18

FAMILLE des globines

Answer 18

• All of these genes have one same
common ancestor
• Functional sub-specialization of
each
• Orthologs have similar structure
and similar function in Hb

Question 19

HOMOLOGIE

Answer 19

• Si ancêtre commun: structure HOMOLOGUES
– Hbα humain
– Hbβ humain
– Hbβ murin (souris)
– …. Et toutes autres molécules dérivées de globine ancestrale, dans
toutes les espèces

Question 20

• ORTHOLOGUES

Answer 20

homologues identiques entre espèces
différentes
– Hbβ humain et Hbβ murin (souris)

Question 21

PARALOGUES

Answer 21

homologues différents
– Hbα humain
– Hbβ humain
Rmq: Ce qui se ressemble sans ancêtre commun = analogue

Question 22

Homology vs Analogy

Answer 22

• HOMOLOGY : similarity because of common ancestry
– Orthologs
– paralogs
• ANALOGY : independent processes lead to similar results

Question 23

ORTHOLOGUES

Answer 23

dérivent d’un même gène unique
présent chez le dernier ancêtre commun aux deux
espèces

Question 24

PARALOGUES

Answer 24

dérivent d’une duplication génique

Question 25

Saut de barrière d􀀁espèce

Answer 25

• 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

Question 26

Clusters de gènes dupliqués

Answer 26

• Organisation des clusters idem
chez tous les primates
– Légèrement différente chez
autres mammifères
• Beta + proche de gamma que
d􀀁alpha
• Hb foetale et Hb embryonnaire

Question 27

Dendrogramme

Answer 27

Comparaison des séquences => quantification de l􀀁homologie

Question 28

Duplications géniques et divergence

> arbre génétique des globines

Answer 28

• Duplication génomique < 500 Mo années (?)
• Duplicat acquière mutation qui modifie sa fonction
• Si bénéfice adaptatif (fitness), duplicat muté se fixe = constitue 100% allèles

Question 29

Réorganisations génomiques

Answer 29

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

Question 30

Réarrangements de gros morceaux

chromosomiques

Answer 30

Gènes synténiques
= sur une même
molécule d􀀁ADN
2 blocs de
conservation de
synténie

Question 31

Répétitions génomiques dispersées

peuvent entrainer remaniements génomiques

Answer 31

Un tel réarrangement chromosomique par translocation a dû se
produire dans une lignée germinale d􀀁un ancêtre de souris
Et a bien profité : devenu 100% de la population des souris actuelles
(fixation

Question 32

Réarrangements chromosomiques ;

conservations de synténies

Answer 32

Organisation chromosomique
peut être tres différente, mais:
– Tous les gènes y sont
– Gènes quasi identiques
– Dans presque le même ordre

Question 33

TPO et MPO: même domaine PO

Answer 33

TPO = thyroperoxydase (> synthèse horm. thyroïdiennes)
MPO = myéloperoxydase (> activité bactéricide, glob. blancs)
• Domaine peroxydase est commun, mais pas les autres

Question 34

Exon shuffling

Answer 34

recombinaison homologue non allélique (Rep1/Rep2)
NAHR a eu lieu une fois à cet endroit au cours de
l􀀁évolution, et s􀀁est fixée dans l􀀁espèce = est devenue
la norme => acquisition d􀀁un exon supplémentaire

Question 35

Variants structurels chromosomiques

Answer 35

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