COURS 4 - PARTIE 1 : ÉPIGÉNÉTIQUE ET EMPREINTE PARENTALE

Question 1

Toutes les cellules de notre corps partagent la même information génétique à l’exception de..

Answer 1

des lymphocytes

Question 2

Une cellule embryonnaire doit se différencier en faisant quoi?

Answer 2

Une cellule embryonnaire doit se différencier en activant les gènes requis pour sa fonction, et un inactivant ceux qui ne lui sont pas nécessaires DE FAÇON PERMANENTE

Question 3

Le contrôle de la différenciation cellulaire est enclenché par quoi?

Answer 3

Le contrôle de la différenciation est initialement enclenché par des facteurs de transcription qui activent ou inhibent les gènes développementaux

Question 4

Comment est-il possible de rendre les gènes d’une cellule actifs ou inactifs?

Answer 4

Les facteurs de transcription qui activent ou inhibent les gènes développementaux vont modifier la chromatine de façon à ce que les gènes d’une cellule (et les cellule-filles) demeurent actifs ou inactifs et ce de façon constante jusqu’à la mort

Question 5

Les changements de chromatine modifient quoi?

Answer 5

Les modifications de la chromatine constituent des changements épigénétiques, et ce sont des modifications qui contrôlent la transcription

Question 6

Qu’arrive-t-il avec les mécanismes responsables de la transmission des modifications épigénétiques dans le cas d’un cancer?

Answer 6

Les mécanismes responsables de la transmission des modifications épigénétiques sont souvent défectueux, ce qui permet aux cellules cancéreuses d’inactiver les gènes normalement actifs (par exemple P53), et d’activer des gènes qui devraient normalement être inactifs (oncogènes par exemple); ces perturbations épigénétiques permettent aux cellules cancéreuses de devenir de plus en plus agressive

Question 7

Définir les gènes qui ont une empreinte parentale

Answer 7

Certains gènes n’expriment que l’allèle paternel (IGF-2) et d’autres que l’allèle maternel (H19). On dit que ces gènes ont une empreinte maternelle ou paternelle puisque c’est respectivement l’allèle maternel et paternel qui sont inactivés

Question 8

Les gènes ayant une empreinte parentale sont généralement impliqués dans quoi?

Answer 8

Dans la croissance cellulaire ou ont un effet neurpsychologique

Question 9

Que veut dire l’utilisation de la terminologie d’empreinte parentale?

Answer 9

Elle ne fait pas directement référence à l’expression, mais plutôt à la méthylation de l’allèle. Une empreinte maternelle indique que l’allèle d’origine maternelle est méthylée: cet allèle n’est donc pas transcrit, d’où l’expression paternelle

Question 10

Les modifications épigénétiques de la chromatine contrôlent la transcription, et sont caractérisés par quatres principes fondamentaux, nommez les

Answer 10

1. une marque épigénétique doit altérer la chromatine, sans changer la séquence de nucléotides de l’ADN
2. une marque épigénétique doit être transmise fidèlement d’une cellule à toutes ses descendantes - cette caractéristique garantit que la différenciation est irréversible
3. ces marques doivent être effacées dans les cellules de l’embryon précoce (pendant les 4 premiers jours post-conception), soit avant le stade de blastocyste; notez que les gènes sujets à une empreinte parentale constituent une exception à cette règle)
4. après le stade de blastocyste (avec la différenciation des cellules de la morule en bouton embryonnaire et en trophoblaste) les cellules de l’embryon recommencent à marquer leur chromatine, selon leurs voies de différenciation

Question 11

Les marques épigénétiques peuvent se faire à 4 niveaux, nommez les

Answer 11

1. méthylation des cytosines de l’ADN
2. altérations des histones
3. protéines Polycomb (Pc) et Trithorax (TTX)
4. structure des nucléosomes

Question 12

Parmi les 4 niveaux des marques épigénétiques, lesquels ont un impact local?

Answer 12

Impact local : méthylation des cytosines et altérations de histones

Protéines Pc et TTX contrôlent de longs segments d’ADN comportant plusieurs gènes

Question 13

Décrire la méthylation des cytosines

Answer 13

La méthylation des cytosones inhibe la transcription. L’enzyme DNA-méthyle-transférase (DNMT) peut ajouter un méthyle (CH3) sur le 5ième carbone des cytosines (m^5)

Question 14

Quelle est la cause la plus importante de mutations ponctuelles en génétique et en oncologie

Answer 14

Les cytosines méthylées peuvent s’oxyder spontanément en Uracile, qui agiront comme des Thymines lors des divisions cellulaires.

Question 15

Une fois qu’une cytosine est méthylée, la machinerie mitotique s’assurera qu’elle sera transmise méthylée à toutes ses descendantes, décrire le processus

Answer 15

Les 2 brins d’ADN méthylés sont dénaturés en ADN simple-brin (ssDNA)

La DNA-Pol transforme chacun des brins de ssDNA en dsDNA; notez que le brin original est méthylé, et que le brin neuf ne l’est pas

Le DNMT est intimement lié à la machinerie de synthèse de l’ADN: dès qu’il reconnaît une cytosine méthylée sur un brin, il méthyle la cytosine sur le brin complémentaire

Question 16

Quels facteurs recrutent le DNMT pour occasionner une méthylation des cytosines immédiatement suivies d’une guanine?

Answer 16

Des facteurs de transcription inhibiteurs (FT-I)

Question 17

Les cytosines méthylées recrutent quoi pour empêcher davantage la liaison des gènes avec des facteurs de transcription?

Answer 17

Dans certains cas, la méthylation cytosine peut à elle seule empêcher la reconnaissance de ces gènes par d’autres facteurs de transcription, empêchant ainsi leur transcription.

Les cytosines méthylées recruent un MeCP et ces grosses protéines sont plus efficaces que le groupe méthyle à lui-seul pour empêcher la liaison des gènes avec des facteurs de transcription activateurs : cette configuration est plus inhibitrice

Question 18

Pourquoi dit-on que le MECP est essentiel pour le développement de l’embryon?

Answer 18

La mutation de MECP2 est généralement létale chez les foetus masculins, et cause un syndrome de Rett chez les filles; ce syndrome est caractérisé par un développement normal jusqu’à l’âge de un an, suivi d’un profond retard mental et d’une neurodégénérescence progressive.

Question 19

Le MECP est situé où? Et il est récessif ou dominant?

Answer 19

Ce gène est situé sur le chromosome X et sa transmission est dominante

Question 20

Les MePC recrutent quoi?

Answer 20

Les MEPC recrutent à leur tour l’enzyme HDAC (histone désacétylase) - ainsi la méthylation de l’ADN contrôle l’acétylation des histones

Question 21

La méthylation de l’ADN contrôle également quoi?

Answer 21

Les MEPC recrutent à leur tour l’enzyme HDAC (histone désacétylase) - ainsi la méthylation de l’ADN contrôle l’acétylation des histones

Question 22

Quel est le rôle des histones de la classe H1

Answer 22

Au niveau des nucléosomes, chacune des histones H2A, H2B, H3 et H4 est présente en 2 copies, formant un octamère autour duquel le double-brin d’ADN fait 2 tours sur environ cent cinquante paires de base

Les histones de la classe H1 se lient à l’ADN à l’endroit où celui-ci n’est pas enroulé autour de l’octamère, contrôlant la configuration 3D de la chromatine

Question 23

Quel type de chromatine retrouve-t-on lors de gènes actifs?

Answer 23

chromatine ouverte, donc euchromatine (chromatine transcriptionnellement active)

Question 24

On dit qu’une histone est hypo-acétylée lorsqu’elle possède..

Answer 24

< ou égale à 1 acétyle

Question 25

On dit qu’une histone est hyper-acétyléee lorsqu’elle possède..

Answer 25

> ou égale à 3 acétyle

Question 26

Qu’est-ce l’acétylation des histones engendre au niveau de leur structure?

Answer 26

L’acétylation des histones altère leur structure secondaire et tertiaire : plus les histones sont acétylées, et plus elles adoptent une configuration d’euchromatine, et donc, plus les gènes sur lesquels elles sont localisées sont facilement transcrits. Il est donc logique que chez la femme, le X inactivé est hyper-méthylé et hypo-acétylé

Question 27

Les modifications des histones contrôlent quoi?

Answer 27

Les modifications des histones contrôlent la transcription, et constituent le “code des histones”; les mécanismes par lesquels les histones modifiées sont transmises d’une cellule à ses descendantes sont peu compris.

Question 28

Définir le rôle du trithorax

Answer 28

TTX active la transcription sur de longs segments d’ADN

Question 29

Définir le rôle du polycomb

Answer 29

Pc inactive la transcription sur de longs segments d’ADN

Question 30

Les Pcs et TTXs sont recrutés par quoi?

Answer 30

Les Pcs et les TTXs sont généralement recrutés par des histones spécifiquement modifées (code d’histone); de même, les Pcs et les TTxs peuvent modifier le code des histones

Question 31

Pourquoi dit-on que la façon dont l’ADN est enroulé autour des histones est primordial?

Answer 31

La façon dont l’ADN est enroulé autour des histones joue un rôle primordial dans la transcription : les topoïsomérases peuvent faire glisser l’ADN sur les histones, afin d’exposer ou de cacher les promoteurs

Question 32

VRAI OU FAUX : L’ADN des spermatozoïdes peut être transcrit

Answer 32

FAUX
L’ADN des spermatozoïdes est enroulé autour de protamines et non d’histones - les protamines permettent une compaction plus dense de l’ADN mais cet ADN ne peut pas être transcrit.

Après la fécondation de l’ovocyte, l’ADN paternel se défait des protamines pour s’associer aux histones. Cette association doit être parfaite afin d’assurer que les gènes requis puissent être accessibles; les mécanismes qui contrôlent cette association sont incompris, mais ils constituent un des miracles de la vie - des erreurs à ce niveau sont vraisemblablement fatales

Question 33

Pourquoi est-ce que l’ARN double-brin peut inhiber la transcription des gènes?

Answer 33

L’ARN double-brin (dsRNA) peut inhiber la transcription des gènes puisqu’il se lie à la séquence d’ADN complémentaire où il recrute l’enzyme Met1 qui méthyle les CG adjacents.

Question 34

Les siRNAs et les lncRNAs jouent un rôle primordial dans quoi?

Answer 34

Dans le contrôle épigénétique de l’embryogenèse, de la différenciation celluaire, de la transcription et de la carcinogenèse

Question 35

Décrire la cascade dsRNA/Met1

Answer 35

La cascade dsRNA/Met1 est un véritable mécanisme épigénétique: la méthylation des CG est transmise de la cellule marquée à toutes ses cellules descendantes, sans requérir la présence subséquente de dsRNA - cette méthylation inhibe la transcription des gènes et constitue un contrôle pré-transcriptionnel.

Ce mécanisme contraste avec les autres modes de contrôle de la transcription via les ARN qui modulent la transcription via la machinerie de traduction (le contrôle post-transcriptionnel)

Question 36

Expliquez pourquoi on dit qu’on peut rentrer dans un cycle d’inhibition de la transcription par plusieurs mécanisme

Answer 36

La méthylation des cytosines peut altérer le code d’histones, que les histones modifiées peuvent recruter le DNMT pour méthyler les cytosinees, que les modifications d’histones peuvent recruter des Pcs ou des TTXs, et que certains Pcs et TTXs peuvent modifier les histones

On peut entrer dans le cycle d’inhibition de la transcription par plusieurs mécanismes (méthylation des cytosines, désacétylation des histones et autres changements du code d’histones, recrutement de Pc et dsRNA)

Question 37

Pourquoi dit-on que le cycle d’inhibition de la transcription est une double assurance?

Answer 37

Il s’agit d’une double-assurance : lorsqu’il est décidé d’inactiver un gène, ce gène est irrémédiablement inactivé dans cette cellule et dans toutes ses descendantes afin de s’assurer que la cellule ne puisse jamais se dé-différencier

Question 38

Qu’arrive-t-il lorsque 2 brins d’un même segment d’ADN sont transcrits?

Answer 38

Ils sont complémentaires et leur liaison forme un dsRNA

Question 39

Qu’est-ce que l’enzyme Dicer?

Answer 39

Dans le cytoplasme, les dsRNA sont reconnus par l’enzyme Dicer. Dicer coupe en courts segments de dsRNA de 18-25 nt : les siRNA

Question 40

Qu’arrive-t-il avec les segments coupés par Dicer?

Answer 40

Ils sont transférés à RISC : lorsque le complexe RISC-ssRNA (ARN simple-brin) reconnaît une séquence d’ARN complémentaire, il la clive - il s’agit donc d’un contrôle post-transcriptionnel

Question 41

Qu’arrive-t-il en cas de mutation de Dicer?

Answer 41

De rares familles ayant une prédisposition à des tumeurs inusitées ont une mutation de Dicer, et une mutation de Dicer est associée au blastomes pulmonaires primitifs (une tumeur pulmonaire pédiatrique très rare caractérisée par une prolifération de cellules blastiques indifférenciées) et à plusieurs autres cancers

Question 42

Pourquoi dit-on que l’impact des lnRNAs est d’une extrême complexité?

Answer 42

Il est intéressant de noter que pour les > 56K lnRNA retrouvés chez l’humain, nous ne possédons qu’environ 20k de gènes. Nous avons donc presque 3 fois plus de lnRNA que de gènes, ce qui suggère que l’impact de lnRNAs est d’une extrême complexité

Question 43

Quelle est la longueur des lncRNA et quel est leur rôle?

Answer 43

Les lnRNA sont plus longs que 200 nt et n’ont que peu ou pas de potentiel de traduction en protéines; les humains expriment plus de 50 000 lnRNA et leurs mécanismes d’action sont incompris

Ils peuvent moduler le code d’histones et la chromatine (H19 et XIST sont deux lnRNA, et ils modulent respectivement IGF2 et l’inactivation du X)

Question 44

Quel est l’impact de la liaison des lnRNA à des mRNA?

Answer 44

Les lnRNAs se lient à des mRNA; cette liaison peut soit augmenter la demi-vie de ces mRNA (leur permettant de produire plus de protéines par transcrit de mRNA), soit activer leur dégradation (ce qui constitue une forme d’inhibition post-transcriptionnelle)

Question 45

Quels sont les rôles de lnRNA dans le développement embryonnaire et l’organogenèse?

Answer 45

Les lnRNA ont un rôle primordial dans le développement embryonnaire et l’organogenèse.

Lors de l’évolution des espèces, la complexité des organes augmente proportionnellement avec l’augmentation du nbr et de la variabilités des différents lnRNAs retrouvés dans ces organes : il semble que les lnRNAs permettent de générer une plus grande diversité de cellules et une plus grande complexité de tissus pendant l’embryogenèse

Question 46

Quels sont les rôles de Let-7 et ESCC dans les cellules souches?

Answer 46

Let-7 et ESCC font partie de 2 familles de miRNAs qui ont des effets qui s’opposent dans le contrôle de l’équilibre entre l’état souche et la différentiation : l’expression de ESCC active les cascades qui déterminent l’état souche, alors que Let-7 les inhibe, provoquant la différenciation des cellules souches.

Question 47

Comment est-ce que les cellules humaines différenciées peuvent-elle redevenir des cellules souches?

Answer 47

Les cellules humaines différenciées peuvent être reprogrammées en cellules souches en introduisant des miRNAs de type “facteurs souches”

Question 48

Définir miR, Hand2, Irx5, Kcnd2 et leurs rôles

Answer 48

miR1 est un miRN qui inhibe l’expression de Hand2 et d’Irx5 dans le myocarde

Si on inhibe miR1 = surcroissance des cardiomyocytes (hypertrophie + hyperplasie)

miR1 inhibe Irx5. Quand miR1 -/- = ARNm de Irx5 n’est plus détruit par miR1 : la protéine Irx5 est donc sur-exprimée

Puisque Irx5 inhibe l’expression de Kcnd2, la sur-expression de Irx5 occasionne une sous-expression du gène codant pour le canal potassique Kcnd2

Question 49

Définir myostatine et ce qui arrive si celle-ci est mutée

Answer 49

La myostatine inhibe la croissance musculaire

La mutation ponctuelle permet à miR1 de reconnaître et de cliver l’ARNm de la myostatine

Question 50

Définir la môle hydatiforme

Answer 50

Chez l’humain, la môle hydatiforme complète est diploïde, d’origine androgénétique : elle peut être le résultat d’une fécondation par deux spermatozoïdes, ou d’un seul qui duplique chacun de ses chromosomes une fois qu’il a pénétré dans l’ovule.

C’est un produit de conception caractérisé par des villosités placentaires oedématiées et hyperplasiques, sans embryon. Les villosités peuvent devenir maligne et éventuellement causer des métastases

Question 51

Quels sont les 2 sortes de phénotypes des conceptions triploïdes (69 chromosomes) chez les humains?

Answer 51

Les triploïdies maternelles (deux haploïdes maternels et un paternel) caractérisées par des placentas très hypoplasiques et des foetus avec un retard de croissance très important

Les triploïdies paternelles (2 haploïdes paternels et un maternel) caractérisées par des placentas volumineux avec des villosités placentaires oedématiées, et un embryon souvent très petit ou absent, mais parfois de taille relativement normale

Question 52

Les foetus issus de grossesses triploïdes, qu’elles soient d’origine maternelle ou paternelle, montrent de nombreuses malformations, lesquelles

Answer 52

fentes palatines, malformations du cerveau et du coeur, kystes rénaux et syndactylie entre les 3 et 4 doigts et orteils. Ces grossesses sont presque toujours avortées de façon spontanée avant la fin du 2ième trimestre

Question 53

Caractéristiques d’une triploïdie non-molaire

Answer 53

-hypoplasie placentaire extrême
-retard de croissance
-hydrocéphalie

Question 54

Caractéristiques d’une triploïdie molaire

Answer 54

-placenta très volumineux
-villosités énormes et hydropiques
-absence de foetus dans ce cas

Question 55

Décrire les 2 types de triploïdies paternelles en fonction des gènes sur les chromosomes

Answer 55

IGF2 a une expression paternelle, et il est donc sur-exprimé puisque le foetus a 2 copies de ce gène. Ce facteur de croissance active la prolifération cellulaire dans plusieurs organes lors de l’embryogenèse, et dans plusieurs tumeurs de l’enfant et de l’adulte

H19 a une expression maternelle. Ce gène est adjacent à l’IGF2, sur 11p15.5 et il inhibe l’expression d’IGF2. Dans les triploïdes paternelles, il n’y a aucune copie active d’H19 pour inhiber les 2 copies d’IGF2 paternelles (actives), occasionnant une sur-expression d’IGF2, d’où la croissance anormale du placenta dans les môles partielles

Question 56

Décrire la triploïdie maternelle en fonction des gènes

Answer 56

Dans les triploïdies maternelles, il y a 2 allèles actifs d’H19 inhibant le seul IGF2 causant une sous-expression d’IGF2 résultant en une hypoplasie placentaire sévère, et donc en un retard de croissance sévère du foetus