COURS 4 - PARTIE 1 : ÉPIGÉNÉTIQUE ET EMPREINTE PARENTALE Flashcards
Toutes les cellules de notre corps partagent la même information génétique à l’exception de..
des lymphocytes
Une cellule embryonnaire doit se différencier en faisant quoi?
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
Le contrôle de la différenciation cellulaire est enclenché par quoi?
Le contrôle de la différenciation est initialement enclenché par des facteurs de transcription qui activent ou inhibent les gènes développementaux
Comment est-il possible de rendre les gènes d’une cellule actifs ou inactifs?
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
Les changements de chromatine modifient quoi?
Les modifications de la chromatine constituent des changements épigénétiques, et ce sont des modifications qui contrôlent la transcription
Qu’arrive-t-il avec les mécanismes responsables de la transmission des modifications épigénétiques dans le cas d’un cancer?
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
Définir les gènes qui ont une empreinte parentale
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
Les gènes ayant une empreinte parentale sont généralement impliqués dans quoi?
Dans la croissance cellulaire ou ont un effet neurpsychologique
Que veut dire l’utilisation de la terminologie d’empreinte parentale?
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
Les modifications épigénétiques de la chromatine contrôlent la transcription, et sont caractérisés par quatres principes fondamentaux, nommez les
- une marque épigénétique doit altérer la chromatine, sans changer la séquence de nucléotides de l’ADN
- une marque épigénétique doit être transmise fidèlement d’une cellule à toutes ses descendantes - cette caractéristique garantit que la différenciation est irréversible
- 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)
- 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
Les marques épigénétiques peuvent se faire à 4 niveaux, nommez les
- méthylation des cytosines de l’ADN
- altérations des histones
- protéines Polycomb (Pc) et Trithorax (TTX)
- structure des nucléosomes
Parmi les 4 niveaux des marques épigénétiques, lesquels ont un impact local?
Impact local : méthylation des cytosines et altérations de histones
Protéines Pc et TTX contrôlent de longs segments d’ADN comportant plusieurs gènes
Décrire la méthylation des cytosines
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)
Quelle est la cause la plus importante de mutations ponctuelles en génétique et en oncologie
Les cytosines méthylées peuvent s’oxyder spontanément en Uracile, qui agiront comme des Thymines lors des divisions cellulaires.
Une fois qu’une cytosine est méthylée, la machinerie mitotique s’assurera qu’elle sera transmise méthylée à toutes ses descendantes, décrire le processus
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
Quels facteurs recrutent le DNMT pour occasionner une méthylation des cytosines immédiatement suivies d’une guanine?
Des facteurs de transcription inhibiteurs (FT-I)
Les cytosines méthylées recrutent quoi pour empêcher davantage la liaison des gènes avec des facteurs de transcription?
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
Pourquoi dit-on que le MECP est essentiel pour le développement de l’embryon?
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.
Le MECP est situé où? Et il est récessif ou dominant?
Ce gène est situé sur le chromosome X et sa transmission est dominante
Les MePC recrutent quoi?
Les MEPC recrutent à leur tour l’enzyme HDAC (histone désacétylase) - ainsi la méthylation de l’ADN contrôle l’acétylation des histones
La méthylation de l’ADN contrôle également quoi?
Les MEPC recrutent à leur tour l’enzyme HDAC (histone désacétylase) - ainsi la méthylation de l’ADN contrôle l’acétylation des histones
Quel est le rôle des histones de la classe H1
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
Quel type de chromatine retrouve-t-on lors de gènes actifs?
chromatine ouverte, donc euchromatine (chromatine transcriptionnellement active)
On dit qu’une histone est hypo-acétylée lorsqu’elle possède..
< ou égale à 1 acétyle
On dit qu’une histone est hyper-acétyléee lorsqu’elle possède..
> ou égale à 3 acétyle
Qu’est-ce l’acétylation des histones engendre au niveau de leur structure?
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
Les modifications des histones contrôlent quoi?
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.
Définir le rôle du trithorax
TTX active la transcription sur de longs segments d’ADN
Définir le rôle du polycomb
Pc inactive la transcription sur de longs segments d’ADN
Les Pcs et TTXs sont recrutés par quoi?
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
Pourquoi dit-on que la façon dont l’ADN est enroulé autour des histones est primordial?
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
VRAI OU FAUX : L’ADN des spermatozoïdes peut être transcrit
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
Pourquoi est-ce que l’ARN double-brin peut inhiber la transcription des gènes?
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.
Les siRNAs et les lncRNAs jouent un rôle primordial dans quoi?
Dans le contrôle épigénétique de l’embryogenèse, de la différenciation celluaire, de la transcription et de la carcinogenèse
Décrire la cascade dsRNA/Met1
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)
Expliquez pourquoi on dit qu’on peut rentrer dans un cycle d’inhibition de la transcription par plusieurs mécanisme
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)
Pourquoi dit-on que le cycle d’inhibition de la transcription est une double assurance?
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
Qu’arrive-t-il lorsque 2 brins d’un même segment d’ADN sont transcrits?
Ils sont complémentaires et leur liaison forme un dsRNA
Qu’est-ce que l’enzyme Dicer?
Dans le cytoplasme, les dsRNA sont reconnus par l’enzyme Dicer. Dicer coupe en courts segments de dsRNA de 18-25 nt : les siRNA
Qu’arrive-t-il avec les segments coupés par Dicer?
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
Qu’arrive-t-il en cas de mutation de Dicer?
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
Pourquoi dit-on que l’impact des lnRNAs est d’une extrême complexité?
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
Quelle est la longueur des lncRNA et quel est leur rôle?
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)
Quel est l’impact de la liaison des lnRNA à des mRNA?
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)
Quels sont les rôles de lnRNA dans le développement embryonnaire et l’organogenèse?
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
Quels sont les rôles de Let-7 et ESCC dans les cellules souches?
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.
Comment est-ce que les cellules humaines différenciées peuvent-elle redevenir des cellules souches?
Les cellules humaines différenciées peuvent être reprogrammées en cellules souches en introduisant des miRNAs de type “facteurs souches”
Définir miR, Hand2, Irx5, Kcnd2 et leurs rôles
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
Définir myostatine et ce qui arrive si celle-ci est mutée
La myostatine inhibe la croissance musculaire
La mutation ponctuelle permet à miR1 de reconnaître et de cliver l’ARNm de la myostatine
Définir la môle hydatiforme
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
Quels sont les 2 sortes de phénotypes des conceptions triploïdes (69 chromosomes) chez les humains?
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
Les foetus issus de grossesses triploïdes, qu’elles soient d’origine maternelle ou paternelle, montrent de nombreuses malformations, lesquelles
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
Caractéristiques d’une triploïdie non-molaire
-hypoplasie placentaire extrême
-retard de croissance
-hydrocéphalie
Caractéristiques d’une triploïdie molaire
-placenta très volumineux
-villosités énormes et hydropiques
-absence de foetus dans ce cas
Décrire les 2 types de triploïdies paternelles en fonction des gènes sur les chromosomes
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
Décrire la triploïdie maternelle en fonction des gènes
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
