cours 8: Mutations et variabilité génomique

Question 1

Qu’est-ce qu’une mutation? Quelles peuvent être les conséquences?

Answer 1

Les mutations sont des changements de séquence de l’ADN. Elles peuvent avoir des conséquences positives, négatives ou nulles. Les mutations peuvent affecter la structure de la protéine . Les mutations sont à la base du polymorphisme.

Question 2

Explique les principales différences entre les mutations ponctuelles et les modifications profondes

Answer 2

Mutation ponctuelle:
o Substitution de nucléotides.
 Pendant la réplication
 Modification de la structure chimique d’un
nucléotide déjà présent.
o Indels: insertion ou délétion d’une paire de nucléotides.

Modifications profondes:
Large insertion ou délétion
o Réarrangement chromosomique:
modification de l’organisation de large région d’un chromosome (change l’ordre des gènes)o Amplification génétique: répétitions
anormales de régions de l’ADN suite à la
réplication. Augmente la taille du génome.
o Anomalies chromosomiques

Question 3

Qu’est-ce qu’une substitution?

Answer 3

: le remplacement d’un nucléotide. La réplication suivante assure ensuite d’intégrer la modification de manière permanente sur les deux brins.

Question 4

Pourquoi la substitution implique les mécanismes de réplication de l’ADN ?

Answer 4

les substitutions impliquent que :
 une erreur est introduite pendant la réplication et n’est pas
réparée.
 une modification de la structure chimique d’un nucléotide déjà
présent induit une erreur de lecture de la polymérase qui associe la mauvaise base azotée.

Question 5

Quelles sont les deux types du substitution?

Answer 5

o La transition d’une pyrimidine à une autre (C à T) ou d’une
purine pour une autre (A à G)
o La transversion d’une pyrimidine pour une purine (T pour A
ou G) ou le contraire

Question 6

Qu’est ce que les indels?

Answer 6

comprennent les insertions et les délétions de paires de nucléotides. Ils induisent un changement du cadre de lecture parce que Toute addition ou délétion de paires de bases qui n’est pas un multiple de 3 modifie le cadre de lecture dans les segments d’ADN qui codent des protéines. C’est souvent causé par un glissement de la polymérase lors de la réplication.

Question 7

Que se passe-t-il si une base erronée ou un indel n’est pas réparé? et si cette modification se situe au niveau des cellules germinales?

Answer 7

Si une base erronée ou un indel n’est pas réparé, la mutation sera intégrée au génome de manière permanente dès la réplication suivante.
o Le polymorphisme sera inscrit dans le génome pour le reste de la vie de la lignée cellulaire et il n’y aura plus de possibilité de réparation par la suite.
o Si cette modification a lieu au niveau des cellules germinales ou cellules germinales primordiales
(CGP), cette modification sera transmise aux prochaines générations.

Question 8

Quels sont les différents effets possibles selon la position des mutations?

Answer 8

1. un changement dans la séquence codant une protéine (traduction)
    une protéine différente dont la forme, l’activité ou l’association à d’autres protéines a été changée.
2. un changement dans la région régulatrice de l’expresison génique (transcription)
    la protéine n’est pas modifiée, mais elle n’est plus produite au moment adéquat ou n’est plus produite du tout.
3. un changement dans la structure de l’ADN: empêche la réplication et la transcription.

Question 9

dans un changement dans la séquence codant une protéine (traduction) quelle est la différence entre les mutants complets et partiels?

Answer 9

Mutants complets
Les mutations qui touchent le site actif de la protéine ou en sont proches aboutiront probablement à la perte de
fonction de cette protéine.

Mutants partiels
Les mutations touchant des zones moins essentielles d’une protéine auront probablement un effet moins
néfaste

Question 10

explique les points de mutations pathologiques connus du récepteur glucocorticoïdes (GR)

Answer 10

 La majorité des SNP associés à ce récepteur n’a pas d’impact important sur la
santé, mais ceux associés à une pathologie modifient normalement les acides
aminés essentiels à la structure ou à la fonction (ex: l’interaction protéine:protéine).
p.11

Question 11

quels sont les 4 types de susbtitutions?

Answer 11

Protéine de type sauvage
Séquence d’ARN attendue (sans mutation)

Silencieuse
Sans effet sur la séquence en acides aminés

Substitution faux-sens
Modification de la protéine finale

Substitution non-sens
Création d’un codon-stop

Question 12

Qu’est-ce qu’une mutation silencieuse?

Answer 12

Les mutations silencieuses sont dues à la redondance (ou dégénérescence) du code génétique qui fait en sorte que l’acide aminé codé sera le même, malgré la modification.

*Le code génétique est dégénéré : 64 codons différents codent pour 20 acides aminés standards (+3 codons-stops).  Plusieurs codons pour un même acide aminé.

Question 13

Qu’est-ce que les mutations faux-sens ou synonyme?

Answer 13

changent un codon spécifiant un acide aminé en un autre codon ne spécifiant pas le même acide aminé.  La séquence de la protéine est modifiée.

Question 14

Il existe la mutation faux-sens conservative et non conservative, quelle est la différence?

Answer 14

Mutations faux-sens conservatives : due à une substitution qui est sans
effet sur la fonction de la protéine.
 un acide aminé hydrophile changé pour un autre acide aminé
hydrophile également. Valeur adaptative neutre.

Mutations faux-sens non conservatives : la substitution d’une paire de
nucléotides entraîne la mise en place d’un acide aminé fonctionnellement
différent
 substitution de CAT à CCT, ce qui change l’histidine (basique) pour la
proline (non-polaire). Généralement néfaste, mais peut être bénéfique

Question 15

Qu’est-ce que l’ostéogenèse imparfaite (et à quel type de mutation cela fait-il référence)

Answer 15

o Mutation dominante dans le gène codant la protéine du collagène à la base du tissu osseux.
o Plusieurs mutations dans des gènes différents peuvent être liées à cette maladie. COL1A1 est le gène le plus souvent impliqué.

Question 16

Qu’est-ce qu’une mutation non-sens?

Answer 16

la substitution modifie un codon codant un acide aminé en un codonSTOP qui arrête prématurément la synthèse de la protéine.  La protéine plus courte que normalement sera probablement non
fonctionnelle. Cela dépend de l’endroit où a eu lieu la mutation nonsens : au début de l’ARNm ou vers la fin.
Ex. : de CAG à TAG change la Glycine en un codon-STOP
Les codons-stops sont TAG, TAA et TGA.

Question 17

Quelle type de mutation est impliquée chez environ 10% des patients atteints de maladies génétiques?

Answer 17

mutation non sens : Certaines pathologies rares (dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), mucoviscidose (FC) ou atrophie musculaire spinale (AMS)), des cancers, des maladies métaboliques et des troubles neurologiques.

Question 18

mutation non sens: Qu’est-ce que la dystrophie musculaire de Duchenne

Answer 18

o La dystrophine est une immense protéine!
o L’analyse de plusieurs patients montre l’implication de
mutations non-sens.
o Dans l’étude de Wang et al. (2019), près de 60% des
patients analysés possédaient une mutation non-sens.

Question 19

Explique le décalage du cadre de lecture avec faux-sens

Answer 19

Tous les nucléotides en aval de la mutation sont regroupés différemmentet codent ainsi de nouveaux acides aminés. La traduction se poursuitainsi jusqu’à un non-sens (codon-STOP). La protéine pourra êtrefonctionnelle ou non selon le site où débute le décalage de la lecture :plus il est loin, plus de chances a la protéine d’être fonctionnelle.

Question 20

explique le Décalage du cadre de lecture avec un non-sens immédiat

Answer 20

Le décalage de lecture provoque très tôt au début de la traduction uncodon-STOP qui met fin à la synthèse de la protéine. Celle-ci n’estgénéralement pas fonctionnelle.

Question 21

explique le Décalage du cadre de lecture restreint

Answer 21

Lorsque les bases enlevées ou insérées représentent un triplet ouplusieurs triplets, il y a perte ou addition d’un ou plusieurs acidesaminés, mais le reste de la protéine est adéquatement traduite. Laprotéine pourra être fonctionnelle ou non.

Question 22

Explique les conséquences de la mutation F508 de la protéines au niveau du gène CFTR

Answer 22

C’est un décalage retreint du cadre de lecture.
Mutation ΔF508 de la protéine
CTCF(cysticfibrosistransmembraneconductance regulator). Canal ionique impliqué dans la régulation du ratio en ion chlorure et sodium entre autres. Modifie la quantité de mucus libéré et l’activité de l’appareil mucociliairedes voies aériennes.

o ~1 900 mutations du gène CFTR sont connues pour entrainer la
mucoviscidose à l’état homozygote.
o La plus répandue est la délétion ΔF508 : perte de trois nucléotides,
menant à la perte de la phénylalanine de la position 508
o Perturbe la conformation de la protéine qui sera éventuellement
dégradée.

Question 23

Les mutations dans les régions codantes affectent quoi? (et qu’est-ce qu’elles n’affectent pas à l’occurence?)

Answer 23

Les mutations dans les régions non codantes d’un gène n’affecteront pas la séquence en acides aminés de la protéine, mais peuvent avoir des impacts importants sur la régulation de l’expression des gènes ou de la maturation et, ainsi, sur le fonctionnement de la protéine.

Question 24

La dysrophine subit de l’épissage alternatif. Quelles sont les conséquences s’il y a une modification de cet épissage alternatif ?

Answer 24

La dystrophine subit aussi de l’épissage alternatif selon les tissus.
o Une modification de cet épissage suite à une substitution peut causer un changement du cadre de lecture et produire un codon-stop.
o Certaines mutations (indels et substitutions) causent la perte de plusieurs exons et une modification du cadre de lecture.

Question 25

Les séquences régulatrices sont reconnues par des activateurs (ou répresseurs). Qu’arrive-t-il si elles sont modifiées par des mutations?

Answer 25

Les séquences régulatrices sont reconnues par des activateurs (ou répresseurs), si elles sont modifiées, la reconnaissance exercée par les molécules régulatrices est moins efficace, le gène sera donc moins bien régulé et il y aura perturbation dans la quantité de la protéine. On verra une augmentation ou une diminution de la quantité.

Question 26

Le promoteur basal est la séquence reconnue par l’ARN polymérase. Si la séquence est modifiée par des mutations qu’arrive-t-il?

Answer 26

Promoteur basal = séquence reconnue par l’ARN polymérase. Il est essentiel pour que le gène soit bien transcrit. Si sa séquence est modifiée, l’accrochage de l’ARN polymérase est détérioré et il y aura perturbation dans la quantité de la protéine.

Question 27

Les quelques nucléotides entourant la séquence AUG(au niveau du 5’UTR) sont essentiels pour identifier le site d’initiation de la traduction et le début de la protéine. Qu’arrive-t-il s’il y a une mutation au niveau de ces nucléotides?

Answer 27

Mutation avant l’AUG rendra difficile la reconnaissance du site d’initiation de la traduction. Le 5’UTR possède aussi des sites de régulation importants.

Question 28

Les séquences des jonctions délimitant les introns et les exons sont partiellement conservées et elles sont nécessaires à la reconnaissance de ces régions par la machinerie d’épissage. Qu’arrive-t-il s’il y a une mutation à la jonction intron-exon?

Answer 28

Une mutation en périphérie des introns perturbe donc l’épissage de l’ARNm.

Question 29

Qu’arrive-t-il aux séquences qui arrêtent la traduction et la transcription (codon stop ou site de coupure du transcrit primaire) ?

Answer 29

Si la séquence de polyadénylation est modifiée, le transcrit peut ne pas être adéquatement terminé: ne pas avoir de queue polyA ou être instable.

Question 30

Nomme deux exemples de mutations spontanées

Answer 30

Elles impliquent les mécanismes de réparation de l’ADN.
o une erreur est introduite pendant la réplication et qui n’est pas réparée.
o une modification de la structure chimique d’un nucléotide déjà présent induit une erreur de lecture de la
polymérase qui associe la mauvaise base azotée.

Question 31

Nomme des exemples d’erreur dans la réplication de l’ADN

Answer 31

*Tautomérie
*Glissement de la machinerie de réplication (décalage du cadre de lecture)

Question 32

Nomme des exemples de lésion spontannées

Answer 32

Des lésions spontanées (+ induites) :
*Dépurination
*Désamination
*Endommagement des bases par oxydation ou alkylation

Question 33

Qu’est-ce que la tautomérie?

Answer 33

L’insertion d’un mauvais tautomère d’une base standard peut mener à un mésappariement, susceptible de créer une mutation au cours de la réplication de l’ADN.
Ces mésappariements sont des exemples de mutations par substitution.

Question 34

Qu’est-ce que des tautomères?

Answer 34

o Les atomes d’azote liés aux noyaux purine et pyrimidine sont majoritairement sous la forme amino (NH2) et ne prennent que rarement la forme imino (NH).
o De même, les atomes d’oxygène liés aux noyaux guanine et thymine sont généralement sous la configuration céto (C=O) et ne prennent que rarement la configuration énol (C-OH).
Chacune des bases de l’ADN peut exister sous plusieurs formes alternatives, appelées tautomères. Ce sont des isomères qui diffèrent par la position de leurs atomes, ainsi que par les liaisons de ces atomes.

Question 35

Qu’est-ce que le glissement et le mécanisme de glissement réplicatif?

Answer 35

La machinerie de réplication (ADN polymérase) possède la capacité de se relire, ce qui diminue drastiquement les erreurs maintenues lors de la réplication.

Mécanisme de glissement réplicatif : Ce modèle propose que les insertions ou délétions apparaissent lorsque des boucles formées dans des régions simple-brin sont stabilisées par un “appariement décalé” de séquences répétées au cours de la réplication.

Question 36

Qu’est-ce qui est particulèrement susceptible au glissement ? Pourquoi?

Answer 36

les microsatellites

Les enzymes de la réplication copient difficilement ces séquences avec fidélité et effectuent des ≪dérapages≫. → Augmente ou diminue le nombre des répétitions présentes.
→ Point particulier d’un chromosome souvent fortement polymorphe entre les individus d’une population.
 Plusieurs pathologies associées aux microsatellites

Question 37

Qu’est-ce que des lésions spontanées? Comment arrivent-elles?

donne des exemples de lésions spontanées.

Answer 37

Plusieurs modifications chimiques des bases surviennent spontanément et peuvent entraîner des altérations dans la séquence d’ADN.
 Facteurs environnementaux (radiations, les agents mutagènes, agents chimiques…)  L’action de l’eau (altérations hydrolytiques)

1) La désamination (perte d’un NH3) 2 cas fréquents:
-La cytosine devient uracile (a)
-La cytosine-CH3 devient thymine (c)
*** La méthylation de C est un mécanisme répandu de l’inhibition transcriptionnelle chez les vertébrés

2) La dépurination (coupure du lien glycosidique reliant purine-sucre) Résultat: un site apurique(AP) (b)

Question 38

Quelle est la modification la plus fréquente dans les lignées germinales et dans les cellules cancéreuses? Qu’est-ce que cela signifie?

Answer 38

Le séquençage du génome humain a révélé que la transition C→T est la modification la plus fréquente dans les lignées germinales et dans les cellules cancéreuses, ce qui suggère que le taux de désamination de la cytosine est un déterminant important de la vitesse à laquelle le génome perd l’information.

Question 39

Qu’est-ce que des agents mutagènes?

Answer 39

Les altérations chimiques peuvent également être provoquées par les FACTEURS ENVIRONNEMENTAUX: les substances mutagènes (agents chimiques qui augmentent le taux de mutations) et les radiations.

Question 40

Quels sont les deux mécanismes mutagènes?

Answer 40

Les mécanismes de mutagènes:
o *Alkylation: ajout de gr.chimiquessurlesbases Résultat: mésappariement/pas d’appariement.
Ex: G + CH3= incapacité à faire des liens H
* Oxydation: ajoutd’un“O”ou perte d’un“H”.
Résultat: un mésappariement.
Ex: Oxo-G fait un lien avec A.
 Une des mutations les plus communes dans le cancer humain.

*Analogue de base: une autre molécule remplace une bas eet l’appariement se fait selon la molécule ajoutée.
Exemple: 5-Bromouracil

*Agent intercalant: une molécule s’insère entre les bases (intervient dans réplication/transcription).
Exemple: bromure d’éthidium

Question 41

Qu’est-ce que l’alkylation?

Answer 41

*Alkylation: ajout de gr.chimiquessurlesbases Résultat: mésappariement/pas d’appariement.
Ex: G + CH3= incapacité à faire des liens H

Question 42

qu’est-ce que l’oxydation?

Answer 42

• Oxydation: ajoutd’un“O”ou perte d’un“H”.
  Résultat: un mésappariement.
  Ex: Oxo-G fait un lien avec A.
   Une des mutations les plus communes dans le cancer humain.

Question 43

qu’est-ce qu’un analogue de base ?

Answer 43

*Analogue de base: une autre molécule remplace une bas eet l’appariement se fait selon la molécule ajoutée.
Exemple: 5-Bromouracil

Question 44

Qu’est-ce qu’un agent intercalant?

Answer 44

*Agent intercalant: une molécule s’insère entre les bases (intervient dans réplication/transcription).
Exemple: bromure d’éthidium

Question 45

Que cause les rayons UV ?

Answer 45

la lumière proche de 260nm(ondes)est fortement absorbée par les bases. Cela cause la fusion photochimique de deux pyrimidines adjacentes sur le même brin (formation d’anneau cyclobutane entre T et T).
 Ces dimères sont impossibles à apparier et provoquent l’arrêt de la polymérase.

Question 46

Qu’est-ce que les radiations ionisantes causent
1. directement
2. indirectement

Answer 46

Les radiations ionisantes(rayonsγetX)
 directement, en s’attaquant au sucre (désoxyribose) : cassure double
brin de l’ADN (DSB),
 Indirectement en favorisant l’apparition des radicaux libres (agents oxydants: O2-, H2O2, OH*).

Question 47

Quels sont les différents types de réparations basés sur l’information du brin complémentaire ?

Answer 47

L’inversion directe ou ligase
o La réparation par excision d’une base(BER)
o La réparation par excision de nucléotide(NER)

Question 48

De quel type d’information la réparation basée sur l’information du brin complémentaire bénéficie?

Answer 48

Profitent de l’information génétique redondante au sein de la double hélice

Question 49

Quels sont les différents types de réparations basés sur le chromosome homologue ?

Answer 49

o La réparation par recombinaison homologue
o Ligature directe desextrémités (NHEJ)

Question 50

De quel type d’information la réparation basée sur l’information du chromosome homologue bénéficie?

Answer 50

Profitent de l’information redondante des chromatides sœurs, si présentes…

Question 51

Les mutations sont souvent réparées avant quel évènement ?

Answer 51

avant la prochaine division cellulaire.

Question 52

Les conséquences des mutations qui seront inscrites varient aussi selon le type cellulaire affecté : explique ce qui se passe entre les cellules germinales et somatiques ?

Answer 52

Dans la cellule germinale: affectent les cellules de la lignée germinale, sont transmises par les gamètes et apparaîtront dans la descendance (ces mutations sont héréditaires).
* Dans la cellule somatique: affecte l’individu. ne touchent pas les cellules destinées à la reproduction, elles ne seront donc jamais héréditaires. Ex: mutations dans la régulation du cycle cellulaire = cancer.

Question 53

Quelles sont les trois possibilités de conséquences des mutations sur la valeur adaptative ?

Answer 53

Trois types de conséquences sur la valeur adaptative :
1. Peuvent être nuisibles (réduisant la probabilité de survie et de reproduction de leurs porteurs).
2. Peuvent n’avoir aucun effet sur la valeur adaptative et maintenir constante les probabilités de survie et de reproduction (mutations neutres).
3. Peuvent accroître la valeur adaptative en augmentant l’efficacité ou en élargissant la gamme des conditions environnementales dans lesquelles l’espèce peut vivre, ou en permettant à l’organisme de s’adapter aux changements dans l’environnement.

Question 54

pourquoi on a besoin d’une variabilité génétique déjà présente dans la population pour permettre la sélection de caractères favorables ? explique a partir de l’exemple de la phalène de bouleau.

Answer 54

Le changement de l’environnement en Angleterre suite à la révolution industrielle a modifié les traits qui étaient favorables à la survie et à la reproduction de la phalène du bouleau, ce qui les a permis de s’adapter !

une insertion d’une courte séquence de 4 paires de bases (22 000 nucléotides) dans l’allèle carbonaria est dupliquée pour le phalène de bouleau noir

Question 55

Qu’est-ce que les mutations ponctuelles?

Answer 55

Les mutations ponctuelles sont généralement dues à des erreurs de réplication, spontanées, aléatoires et rares, mais leur fréquence peut être augmentée par l’action d’agents mutagènes.
*Le plus souvent l’erreur est réparée. Quand elle ne l’est pas et que la cellule survit, la mutation est reproduite au cours des cycles cellulaires successifs et peut être héréditaire quand elle touche les cellules germinales.
*Sur de longues périodes, les mutations sont la source aléatoire de la diversité des allèles, à l’origine des modifications évolutives et fondements de la biodiversité.