Fonction des gènes, mutations et variabilité génétique

Question 1

Mutations ponctuelles

1. Deux grands processus sont respos de la variation genetique?
2. Qu’est ce que la mutation?
3. Mutation dans une region codante (dans un gene)?
4. Mutation dans une region non-codante (pas dans un gene)?

Answer 1

1. Recombinaison et mutation
2. Processus par lequel des changements se produisent dans la sequence d’ADN d’un gene (mutation génique) ou d’une region non-codante.
3. Mene a un changement d’allele, on parle de mutations geniques ou ponctuelles.
4. On parle de mutations ponctuelles.

Question 2

Mutations ponctuelles

1 et 2. Mutations sont a l’origine de quoi ?

3. Deux principaux types?

Answer 2

1. De lésions genetiques causant la mort cellulaire, des maladies genetiques et le cancer.
2. Sources de variabilite genetique (fondement de la selection naturelle) necessaire a l’adaptation et a l’evolution.
3. a) Mutations par substitution: Transitions et transverstions
   b) Insertions et deletions

Question 3

Mutations par substitution

1. Transition ?
2. Transversion ?
3. Transitions et transversions vont causer des ?

Answer 3

1. Purine remplacée par une purine differente ou pyrimidine remplacee par une pyrimidine differente: A->G, C->T
2. Purine remplacee par une pyrimidine ou vice versa: A->C, A->T
3. a) Mutations synonymes ou silencieuses

b) Mutations non-synonymes:
Faux-sens conservatives
Faux-sens non conservatives
Mutations non-sens

Question 4

Mutations par substitution

1. Mutations synonymes? sont dues a quoi ? Qu’en suit de la sequence proteique?

Ne se fait pas remarquer sur une sequence qui code pr une proteine! Arrive parce que sequence degenere.

Answer 4

1. Qui changent un codon specifiant un aa en un autre codon specifiant le mm aa (egalement appelees mutations silencieuses)

Elles sont dues a la degenerescence du code genetique.

La sequence proteique demeure la meme.

Question 5

Mutations par substitution

1. Mutations non-synonymes?
2. Mutations faux-sens conservatives?
3. Mutations faux-sens non conservatives?
4. Mutations non-sens?
   Que se passe - til avec la proteine ?

Answer 5

1. Qui changent un codon specifiant un aa en un autre codon ne specifiant pas le mm aa (la sequence de la proteine est modifiee)
2. Le codon specifie un aa fonctionnellement equivalent

Exemple: AAA ->AGA (change la Lysine en Arginine basique elle aussi)

3. Le codon specifie un aa fonctionnellement different.

Exemple: CAT -> CCT (change l’histidine basique pour la proline non-polaire)

Effet plus dramatique.

4. Le codon signale la terminaison de la chaine (remplacement d’un aa par un codon stop)

Exemple: CAG -> TAG change la Glycine en un codon STOP (TAG, TAA, TGA).

La proteine est tronquée.

Question 6

Insertions et deletions

Modification du cadre de lecture de la proteine

Pas multiple de 3? Conduit a quoi ?

Answer 6

Toute addition ou deletion 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 proteines.

Ceci conduit a de nouveaux aa a partir de ce site mutationnel et parfois a une terminaison prematuree de la chaine polypeptidique

Si multiple de 3 sinstalle a linterieur dun codon, va aussi changer le reste des codons, donc differentes proteines !

Question 7

Les consequences des mutations au niveau de l’ARN et des proteines

1. Northern Blot ?
2. Western Blot?

Doit etre capable d’interpreter.
Donc plus proteine migre vers le bas, plus elle est petite et taille depend du type de mutation.

Answer 7

1. L’ARN va etre analysé par electrophorese, permettant de separer les ARN en fonction de leur taille.
   Ils sont ensuite detectés par une sonde.
2. Les proteines vont etre analysees par electrophorese, permettant de les separer en fonction de leur taille.
   Elle seront ensuite detectées par des anticorps specifiques.

Question 8

Mutations spontanées et induites

1. Mut spontanees ?
2. Mut induites?
3. Deux categories d’agents mutagenes ?

Answer 8

1. Mutations qui apparaissent naturellement et peuvent toucher n’importe quelle cellule.
2. Se produisent a la suite de l’action de certains agents appelés mutagenes qui augmentent le taux d’apparition des mutations.
3. a) Les mutagenes chimiques (ex. benzopyrene dans les cigarettes, bromure d’ethidium)
   b) Mutagenes physiques (ex. Radiations UV, radioactivite)

Question 9

Determiner le potentiel mutagene d’un composé chimique ou d’un mutagene physique ?

Answer 9

Test d’Ames.

ex. Souche de salmonelle qui porte mutations dans les genes necessaires a la synthese de l’aa essentiel histidine

Souche prototrophe: A high number of revertants (his- to his+) suggest the mutagen causes mutations

Question 10

Consequences moleculaires/phenotypiques des mutations

1. Gene ?

Answer 10

1. L’unite fonctionnelle de l’heredite qui transmet info dune generation a la suivante.
   C’est un fragment d’ADN constitué d’une region transcrite et de sequences regulatrices.

Question 11

Consequences moleculaires/phenotypiques de mutations

Consequences d’une mutation dans une region codante?

Differents effets selon la position de la mutation :

Les mutations qui touchent le site actif de la proteine ou en sont proches aboutiront probablement a la perte de fonction; on parle dans ce cas de MUTATIONS COMPLETES.

Les mutations touchant des zones moins essentielles d’une proteine auront probablement un effet moins nefaste produisant souvent des MUTANTS PARTIELS.

Answer 11

1. Mutation synonyme ou silencieuse: ne modifie theoriquement pas la sequence en aa de la proteine correspondante, donc theoriquement, serait sans effet pathogene.

Les mutations synonymes constituent une part importante des polymorphismes au sein des populations des especes. (car ont des effets qui sont theoriquement neutres)

2. Mut. faux-sens conservative: entraine substitution dun aa par un aa chimiquement similaire, donc est plus susceptible d’avoir un effet moins grace sur la structure et la fxn de la prot.
3. Mut. faux-sens non conservative: Est davantage susceptible de produire changement important dans la structure et la fonction de la prot.
4. Mutation non-sens: en aboutissant a une terminaison prematuree de la traduction, elle a donc un effet considerable sur la fxn de la prot.

Par contre, plus mut non sens est proche de l’extremite C-terminale de la prot (partie en “aval”), meilleures sont les chances de conserver une partie de l’activite de la prot. (codon stop sera proche de l’ancien)

Question 12

Consequences moleculaires/phenotypiques de mutations

Consequences d’une mutation dans une region codante?

Differents effets selon la position de la mutation:

Les mutations qui touchent le site actif de la proteine ou en sont proches aboutiront probablement a la perte de fonction; on parle dans ce cas de MUTATIONS COMPLETES.

Les mutations touchant des zones moins essentielles d’une proteine auront probablement un effet moins nefaste produisant souvent des MUTANTS PARTIELS.

Answer 12

5. Insertion ou deletion (non-multiple de 3 nt): En decalant le cadre de lecture, ces mutations suppriment tte ressemblance entre la sequence d’aa faisant suite au site mutant et la sequence originale d’aa.

Conduisent generalement a une perte complete de la structure et de la fxn normale de la prot.

Effet deletere important peut aussi resulter de la creation d’un codon stop a la jonction resultant de l’insertion et/ou la deletion.

6. Insertion ou deletion (multiple de 3nt): Si cela n’entraine pas de decalage du cadre de lecture, la consequence au niveau proteique pourra etre un gain ou une perte en aa.

Le retentissement fonctionnel est variable selon la localisation au niveau de la proteine: insertion et/ou deletion d’un nouvel (nouveaux) aa peut etre “tolérée” ou deletere.

Question 13

Les consequences d’une mutation dans une region non-codante

Les mutations dans les sequences non-codantes peuvent egalement etre de type substitution ou deletions/insertions, de la mm maniere que celles dans sequences codantes.

1. Il est clairement etabli que l’ADN non-codant comporte des sequences regulatrices essentielles pour l’Expression des genes. En consequences?
2. Mutation sequences regulatrices ?

Answer 13

1. Des mutations dans les sequences non-codantes, mm si elles sont silencieuses, peuvent avoir des effets deleteres en alterant des sequences regulatrices.
2. Les sequences regulatrices sont reconnues par des activateurs (ou represseurs), si elles sont modifiees, la reconnaissance exercee par les molecules regulatrices est moins efficace, le gene sera donc moins bien regulé et il y aura PERTURBATION DANS LA QTÉ DE LA PROTEINE!

Question 14

Les consequences d’une mutation dans une region non-codante

3. Mutation sequence promoteur?
4. Mutation site initiation traduction?

Answer 14

3. Promoteurs = sequence reconnue par l’ARN polymerase. Il est essentiel pr que le gene soit bien transcrit.
   Si la sequence est modifiee, l’accrochage de l’ARN polymerase est deteriorée et il y aura PERTURBATION DANS LA QTÉ DE LA PROTEINE!

4.C’est le site d’initiation de la traduction sur lequel se fixe le ribosome. Une fois fixé, le ribosome initie la traduction.
S’il y a mutation sur ce site, il y aura un impact sur linitiation de la traduction.

Question 15

Les consequences d’une mutation dans une region non-codante

5. Mutation intron?
6. Mutation codon stop ou site de coupure du transcrit primaire?

Answer 15

5. Les introns doivent etre correctement eliminés par l’epissage.
   Les sequences a eliminer sont reconnues par la machinerie d’epissage, Si elles ont ete modifiees, l’epissage sera perturbé.

***MUTATIONS SUR SITE DEPISSAGE vs. EN DEHORS
(si mut sur site depissage, juste pas epissé et thats it)

6. Ce sont les sequences qui arretent la traduction et la transcription.
   La traduction et la transcription peuvent etre modifiees.
   C’est au niveau site de coupure du transcrit primaire que se fixent les enzymes qui coupent et ajoutent la queue poly A, si cette sequence est modifiee, l’ARN sera moins stable.

Question 16

Le cas de l’operon lactose

1. Operon lactose?
2. Il est composé de ?

Answer 16

1. Necessaire au transport et metabolisme du lactose chez plusieurs especes de bacteries
2. a) Gene represseur (code pr proteine recessive)
   b) Region regulatrice “promoteur” = site de reconnaissances de l’ARN polymerase
   c) Region regulatrice “operateur”= site ou les elements regulateurs (ex. prteine repressive) s’attachent pour empecher la transcription
   d) 3 genes structuraux: beta-galactosidase (coupe lactose en glucose et galactose)
   permease (permet l’entree du lactose dans la cellule)
   Transacetylase (necessaire pr le metabolisme du lactose)

Question 17

Le cas de l’operon lactose

1. Mutations dans les regions codantes?
2. Mutations dans les regions non-codantes?

Answer 17

1. a) Inactivation du gene LacI: Presence ou absence lactose: beta galactosidase est activee
   b) Inactivation du gene LacZ: Presence ou absence lactose: beta galactosidase inactivee

c) Inactivation du gene LacY:
Presence ou absence lactose: beta galactosidase inactivee

d) Inactivation du gene Lac A:
Presence lactose: beta galactosidase activee
Absence lactose: beta galactosidase inactivee

2. a) Mutation dans la sequence promoteur: ne peut pas lier l’ARN polymerase = transcription OFF mm si lactose present
   b) Mutation dans le site de liaison du represseur (operateur constitutif): le represseur ne peut plus se lier = transcription ON en tt temps.

Question 18

Causes des mutations spontanees

Des erreurs dans la replication de l’ADN, des lesions spontanees et des elements genetiques transposables peuvent etre a l’origine des mutations spontanées.

1. Erreurs dans la replication de l’ADN?
2. Lesions spontanées?

Answer 18

1. a) Transitions
   b) Transversions
   c) Mutations par decalage du cadre de lecture (mecanisme de glissement replicatif)
2. a) Depurination
   b) Desamination
   c) Bases endommagees par oxydation

Question 19

Erreurs dans la replication de l’ADN

1. Tautomerie?
2. Transversion ? MECANISME NON CONNU

Answer 19

Chacune des bases de lADN peut exister sous plsrs formes alternatives appellees tautomeres: Ce sont des isomeres qui different par la position de leurs atomes ainsi que par les liaisons de ces atomes.

La forme keto/amino de chaque base est normalement presente dans l’ADN, tandis que les formes imino et énol des bases sont rares.

L’insertion d’un mauvais tautomere d’une base standard peut mener a un mesappariement, susceptible de creer une mutation au cours de la replication de l’ADN.

CES MESAPPARIEMENT SONT DES EXEMPLES DE MUTATIONS PAR TRANSITION.

Ce qui spasse dans lfond, A passe de deux liaisons a 3 donc va lier un C a la place d’un T, et apres replication, yaura mutation chez le brin du C!

Question 20

Erreurs dans la replication de l’ADN

3. Mutations par decalage du cadre de lecture?

Answer 20

Mecanisme de glissement replicatif: Ce modele propose que les mutations insertion-deletion apparaissent lorsque des boucles formees dans des regions simple-brin sont stabilisées par un “appariement décalé” de sequences repetees au cours de la replication.

Le modele de glissement replicatif serait respo de causer des mutations decalage du cadre de lecture

Question 21

Les lesions spontanées

1. La desamination et la depurination
2. Les bases endommagées par oxydation

Les mitochondries sont le siege principal de production des radicaux libres.

Answer 21

1. Desamination: Conversion d’une paire C-G en une paire T-A (au final = transition C -> T)

Depurination: Incorporation d’une base erronée.

2. Les radicaux libres, telles que les radicaux superoxyde (O2-), le peroxyde d’hydrogene (H2O2) et les radicaux hydroxyle (OH) sont des sous-produits du metabolisme aérobique normal.

Ces molecules peuvent provoquer des lesions oxydatives dans l’ADN, ce qui crée des mutations.

Question 22

Causes/mecanismes des mutations induites (agents mutagenes)

1. Incorporation d’analogues de bases?
2. Mesappariements specifiques?
3. Les agents intercalants?

Answer 22

1. Les analogues des bases (X) sont des substances chimiques dont la structure est proche de celle des bases azotees des nt et qui peuvent etre incorporés a l’ADN au cours d’une replication.

Lors des cycles cellulaires suivants ils se lient a nimporte quelle base entrainant des mutations.

2. Certaines substances chimiques ALTERENT la structure des bases azotées, ce qui empeche un appariement correct lors de la replication.
   Il en resulte une modification de l’information genetique qui se reproduit au cours des cycles cellulaires suivants.
3. Un agent intercalant se place entre les bases et provoque un etirement de l’ADN. Lors de la replication, la polymerase insere alors une base surnumeraire en face de la molecule etrangere ou bien reste bloquee.

Question 23

Causes/mecanismes des mutations induites (agents mutagenes)

4. Les lesions de bases?

Answer 23

4. Ces mutagenes endommagent une ou plusieurs bases qui entraine un blocage de la replication.

EX. les Radiations UV sont absorbees par certainents bases azotees (thymine et cytosine) quand elles sont repetees.
Deux thymines (parfois des cytosines) consecutives sur le mm brin d'ADN peuvent alors s'associer par liaison "forte" pr former un dimere.
Cela deforme l'ADN et perturbe l'activite de l'ADN plymerase lors de la replication de l'ADN. 
Il en resulte des mutations, des rearrangements chromosomiques voire un blocage de la division cellulaire.

EX. Les rayons X et gamma sont assez energetiques pr produire des radicaux libres chimiquement tres reactifs notamment avec l’ADN.
Cela entraine des alterations ou pertes de bases ou encore des ruptures dans l’un ou les deux brins qui peuvent conduire a des rearrangements, deletions, perte de fragments de chromosome, ou la mort de la cellule…
Il y a une relation entre la dose de rayonnement et le taux de mutations car l’effet des radiations est un cumulatif.

Question 24

Mecanismes de reparation des mutations

1. Restauration de la zone endommagee?
2. Suppression et remplacement de la zone endommagée?

Answer 24

1. Reparation des ruptures sur un seul brin.
   Les ruptures causees par des agents mutagenes peuvent rapidement etre reparees par une enzyme specifique: une ligase.
2. Reparation des mauvais appariements.
   Ce processus intervient apres la replication de l’ADN a la maniere d’un “correcteur orthograhique”. Il est realisé par un groupe de proteines (nucleases) qui peuvent “scanner” l’ADN et detecter les paires de bases incorrectes ou mal appariées.
   Le nt incorrect est supprimé puis l’ADN polymerase opere un deuxieme passage et retablit la sequence convenable.

Question 25

Mecanismes de reparation des mutations

3. Suppression et remplacement de la zone endommagée?
4. Tolerance de la zone endommagée?

Answer 25

3. Excision puis remplacement de groupes de nt.
   Ce mecanisme intervient sur les dommanges importants de l’ADN qui creent des blocages de la replication et de la transcription, tels que les dimeres induits par les UV et des produits chimiques.
   La mutation est reconnue et le brin d’ADN est coupé de part et d’autre.
   Les nt impliqués sont excisés. L’ADN polymerase complete ensuite la zone manquante et la ligase retablit enfin les liaisons.
4. Reparation par recombinaison de molecules filles.
   Tous les dommages de l’ADN ne peuvent pas etre reparés immediatement. Certains persitent. Si un oeil de replication contient des alterations, par exemple une cassure double brin, il y a normalement blocage de la replication.

La recombinaison avec un brin de la chromatide non-soeur (recombinaison homologue) peut alors aboutir a deux molecules soeurs “completes” apres insertion des nt manquants.

Question 26

Destinée et heritabilité des mutations

1. Mutations somatiques (la plupart des mutations)?
2. Mutations germinales?

Answer 26

1. Les mutations somatiques ne touchent pas les cellules destinees a la reproduction, elles ne seront donc jamais hereditaires.
2. Affectent les cellules de la lignee germinale, sont transmises par les gametes et apparaitront dans la descendance (ces mutations sont hereditaires).

Question 27

Mutations et evolution

Les mutations dans l’ADN peuvent avoir trois types de consequence sur la valeur adpative?

Answer 27

1. Peuvent etre nuisibles (reduisant la probabilite de survie et de reproduction de leurs porteurs)
2. Peuvent n’avoir aucun effet sur la valeur adaptative et maintenir constante les probabilite de survie et de reproduction (mutations neutres)
3. Peuvent accroitre la valeur adaptive en augmentant l’efficacite ou en elargissant la gamme des conditions environnementales dans lesquelles l’Espece peut vivre, ou en permettant a l’organisme de s’adapter aux changements dans l’environnement.

Question 28

Mutations: Bilan

1. Mutations ponctuelles generalement dues a quoi ? Frequence?
2. Le plus souvent, l’erreur est reparee. Quand elle ne lest pas et que la cellule survit?
3. Sur de longues periodes, les mutations sont la source aleatoire de quoi ?

Answer 28

1. Erreurs de replication, spontanees, aleatoire et rares mais leur frequence peut et augmentee par l’action d’agents mutagenes.
2. La mutation est reproduite au cours des cycles cellulaires successifs et peut etre hereditaire quand elle touche les cellules germinales.
3. De la diversite des alleles, a l’origine des modifications evolutives et fondement de la biodiversité.