I - Introduction à la génétique, place des examens en génétique Flashcards
C’est quoi la génétique?
Elle est une spécialité clinico-biologique avec des cliniciens et des biologistes. On est amené à faire des analyses génétiques sur un patient pour voir s’il est possiblement porteur d’une maladie génétique.
On s’intéresse à l’individu mais aussi à sa famille (pathologies héréditaires)
Les maladies monogéniques mendéliennes
Le nom Mendélienne (Gregor Mendel) avait réalisé des experiences sur les différentes espèces de petits poids (a structure lisse ou rugueuse) et avait fait des croisements pour comprendre comment différencier et pour voir comment se répartissaient les différentes caractères récessifs ou dominants.
L’accident à l’origine de ces maladies touche un gène en particulier. Ces maladies peuvent être autosomiques, dominantes ou récessives. Il y a donc un risque de transmission à la descendance. Le diagnostic est réalisé par technique de biologie moléculaire.
Ex: la mucoviscidose est due à des variants pathogènes au niveau du gène CFTR sur le chromosome 7.
Les maladies chromosomiques
Ces maladies sont causées par un changement dans la structure ou le nombre de chromosomes. Le diagnostic est réalisé par technique de cytogénétique: on analyse le nombre et la structure chromosomique, notamment avec le caryotype.
Les maladies chromosomiques sont liées à un desequilibre du nombre de chromosomes, le matériel chromosomique est soit en moins soit en trop. Ces déséquilibres sont responsables d’un “syndrome” correspondant à un ensemble spécifique de signes, de l’anomalie en cause.
Ex: la trisomie 21 est une maladie chromosomique, c’est la plus fréquente des aneuploidies. Le caryotype présente un chromosome surnuméraire sur la paire 21.
Maladies multifactorielles
Ce sont des maladies à hérédité complexe: les alterations se trouvant au niveau du génome sur plusieurs gènes peuvent prédisposer à différents types de maladies multifactorielles. Elles ne se transmettent pas selon le modèle mendélien.
Au niveau génétique, le diagnostic est plus complexe car plusieurs gènes sont impliqués et sont en interaction avec les facteurs environnementaux qui modulent l’expression de ces gènes.
Pour les maladies multifactorielles, il y a des variations génétiques qui interagissent avec des facteurs environnementaux
Ex: dans le diabète de type II, il y a des variants génétiques qui prédisposent à la survenue du diabète mais il y a aussi des acteurs de l’environnement qui peuvent déclencher plus facilement la maladie.
Maladies mitochondriales
C’est l’ADN présent au niveau des mitochondries qui est touché. La particularité est que les mitochondries font uniquement de la transmission maternelle, donc les maladies sont transmises par les mères.
Ce sont les maladies métaboliques les plus fréquentes, elles sont liées à un déficit de la chaîne respiratoire.
Dans le cas de ces maladies, on analyse de préférence l’ADN mitochondriale car les altérations sont au niveau de l’ADNmito.
Les outils utilisés en génétique - en clinique
On passe beaucoup de temps avec le patient (45mn à 1h). Cette consultation a pour but de récupérer un max d’info concernant la famille pour estimer si la maladie, repérée par les signes présents sur le corps, peut être héréditaire.
Lors de cette consultation, le but est d’évaluer le risque de survenue ou de récurrence de maladie ou de malformation. Lors de l’examen, on note tout ce qui pourrait nous faire penser à une éventuelle pathologie.
- antécédents personnels et familiaux
- enquête sur la famille et arbre généalogique
- examen clinique complet, rigoureux, méthodique d’un potentiel sujet atteint
- données précises sur le diagnostic du cas index
- consultation de bases de données
- examens complémentaires
Lors de l’examen on peut prendre les patients en photo assez régulièrement (avec consentement) pour consulter les banques de données ou demander l’avis aux collègues sur une éventuelle pathologie.
Les outils utilisés en génétique - en laboratoire
Les analyses génétiques sont réalisées à différentes échelles, en fonction de ce qu’on étudie:
- les chromosomes: analyse par cytogénétique en faisant un caryotype.
(Ex: sur le caryotype d’un individu atteint de trisomie 21, on remarque sur le caryotype 3 chromosomes 21. Le syndrome de Williams Beuren (microdeletion sur le chromosome 7) est également analysé par cytogénétique.)
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l’ADN: analyse par biologie moléculaire. Cette technique bien plus précise car elle permet l’étude de la succession des nucleotides de l’ADN et tente d’identifier s’il y a un variant
(Ex: analyse par biologie moléculaire permet le diagnostic du syndrome d’X fragile)
Ces analyses viennent en complément de l’examen clinique, permettant de confirmer ou non les hypothèses émises.
L’arbre généalogique
On établit un arbre généalogique pour recenser les différentes personnes atteintes ou non de la maladie dans la famille.
La génération la plus ancienne est située en haut de l’arbre correspondant aux ancêtres communs et celle la plus récente est en bas.
Les plusieurs stades de condensation de l’ADN double brin
L’ADN double brin se condense au fur et à mesure - d’abord en fibres d’histoires, puis en fibres de chromatines de plus en plus compactes pour finir à l’état de chromatide métaphasique.
On observe quand on regarde un chromosome un noyau d’une cellule qui est en métaphase et au sein duquel on peut visualiser les petits fragments de chromatine condensée qui donne les chromosomes.
Échelle du million de bases
On realise une analyse cytogénétique conventionnelle qui est une analyse à grosse échelle et qui nous donnera un caryotype. Ce caryotype est obtenu grâce à un processus de Banding permettant de marquer les chromosomes.
On ne peut cependant qu’observer les grosses anomalies, et peut donc être utile pour diagnostiquer une trisomie 21 qui est une maladie chromosomique.
Le caryotype!
Le caryotype
Correspond à un classement des chromosomes. Le caryotype humain présente 23 paires de chromosomes, soit 46 chromosomes au total. Dans chaque paire, on retrouve un chromosome hérité du père et un hérité de la mère.
Le caryotype présente:
- 22 paires d’autosomes
- 1 paire de gonosome (XY; XX)
Échelle de centaines/milliers de paires de bases
On réalise une analyse par cytogénétique moléculaire - elle permet d’étudier les altérations chromosomiques de petite taille; cette technique est plus résolutive.
Ces analyses cytogénétique ne permettent pas de détecter des mutations.
Échelle d’une ou quelques paires de bases
On réalise des analyses de génétiques moléculaires (PCR ou séquençage). Ces techniques sont utiles pour le diagnostic des maladies monogeniques, comme pour la mucoviscidose où il y a une altération de quelques nucleotides. Cette analyse est beaucoup plus résolutive.
C’est quoi un variant (d’un gène)?
Un gène est destiné à donner une protéine - lors des analyses génétiques, on tente de détecter un variant d’un gène correspondant à l’altération ou un changement du materiel génétique.
Lors d’une analyse au niveau du génome entier, on trouve des 10aines de milliers de variants.
Lorsqu’un un variant est constitutionnel, il est présent dans toutes les cellules de l’individu
(ex: dans les cancers, l’altération du patrimoine génétique des cellules cancéreuses correspond aux altérations chromosomiques et géniques qui favorisent leurs proliférations anarchiques).
Les variants bénins
(Ou polymorphes) témoignent de la diversité de notre patrimoine génétique
Les variants pathogènes
Sont situés dans des gènes importants et altèrent la fonction du gène - proviennent de l’exposition à des agents mutagènes (tabac, alcool), ou surviennent de façon spontanée du à des erreurs de réplication ou réparation de l’ADN.
Variations stables ou fixes
La substitution correspond à changement de nucleotides
- un variant faux-sens engendre un autre AA dans la chaîne
- un variant non-sens engendre un codon stop dans la chaîne
La délétion correspond à des nucleotides retirés (décalage du cadre de lecture)
L’insertion correspond à nucléotides ajoutés (décalage du cadre de lecture)
Variations instables ou dynamiques
Les variations instables ou dynamiques sont essentiellement retrouvées dans des maladies liées à des amplifications/expansion de triplets
Ex: le syndrome d’X fragile est lié à une extension de triplets CGG
Conséquences des variants
Ces variants pathogènes (stables et instables) peuvent aboutir à des conséquences fonctionnelles comme des pertes ou gains de fonction pour la cellule
Perte de fonction
La protéine ne fonctionne plus correctement et ne peut plus exercer son action
Gain de fonction
La protéine acquiert une fonction différente de celle exercée normalement
C’est quoi un caractère ?
C’est un élément observable chez un individu, dans une cellule ou une molécule (taille, couleur des yeux…). Un caractère peut être dominant ou récessif (et non un gène).
C’est grâce à ce concept qu’on determine les différents types de maladies monogéniques mendéliennes selon le caractère dominant ou récessif.
Un caractère dominant
Un caractère est dominant s’il se manifeste chez un hétérozygote (les 2 allèles sont différents)
Un caractère récessif
S’exprime chez un individu homozygote (les 2 allèles ont le même caractère)
Les outils moléculaires - PCR
La PCR correspond à l’amplification enzymatique de l’ADN in vitro. Elle permet d’amplifier un fragment d’ADN des millions de fois pour créer des copies à partir d’un seul segment d’ADN.
Pour cibler la séquence à analyser, l’ADN est encadré par 2 courtes ‘amorces’ oligonucleotidiques. C’est à partir de ces copies qu’on détermine si oui ou non il y a des variants grâce aux études ultérieures.
Les outils moléculaires - Electrophoreses
Les électrophoreses sont des techniques de séparation de molécules.
- Southern Blot: pour faire migrer l’ADN
- Northern Blot: pour faire migrer l’ARN
- Western Blot: pour faire migrer des protéines.
Les outils moléculaires - séquençage
Le séquençage permet de visualiser la succession des nucleotides et d’identifier des variants (qui pourront être classés soit bénins ou pathogènes)
- Séquençage classique de Sanger
- Séquençage massif en parallèle
Séquençage classique de Sanger
Le séquençage de Sanger est une technique de séquençage gène par gène.
- On commence par dénaturer l’ADN et par effectuer une PCR pour augmenter le nombre de fragments disponibles.
- On ajoute ensuite une amorce et des nucléotides marqués pour synthétiser les fragments de l’ADN à étudier. Grâce au marquage, on peut déterminer la séquence des différents gènes que l’on veut explorer et identifier des variants.
Séquençage massif en parallèle
Le séquençage haut débit (NGS) permet d’étudier l’ensemble des gènes en même temps. On peut tout de même orienter l’analyse vers des gènes en particulier.
- Panels de gènes: séquençage des 10/100aines de gènes en même temps
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WES (Whole Exome Sequencing): séquençage de l’ensemble des régions codantes du génome (=exons) qui représentent seulement 1% du génome.
(Les régions introngéniques représentent 99% de notre génome). - WGS (Whole Génome Sequencing): séquençage de l’ensemble des nucléotides du génome
Les banques de données
On peut utiliser des banques de données cliniques comme “Orphanet” ou “OMIM” pour trouver une potentielle maladie génétique que le patient pourrait avoir.
Génotype
Correspond à la constitution génétique d’un individu ou d’un génome, plus spécifiquement aux allèles d’un locus. Il est obtenu par analyse de génétique moléculaire et cytogénétique.
Phénotype
L’ensemble des caractéristiques biochimiques, physiologiques ou morphologiques d’un individu déterminé par l’interaction entre son génotype et l’environnement dans lequel il est exprimé. Il est étudié grâce aux signes cliniques, aux données d’imageries ou aux paramètres biologiques.
Localisation d’un gène
Locus
La recombinaison
La recombinaison permet d’assurer la diversité génétique des individus. Lors de la méiose, la division cellulaire spécifique qui permet de générer les gamètes (ovules et spermatozoides), il y a souvent des recombinaisons entre chromosomes homologues.
Lorsque les chromosomes homologues s’apparient, il y a des échanges de matériel génétique entre eux; qu’on appelle des crossing over. Parfois des recombinaisons se font ou non.
La liaison génétique
La notion de liaison génétique correspondant à la tendance pour deux gènes non homologues à rester associés dans la descendance. Ils sont transmis en même temps au lieu d’être recombines.
En cas de liaisons génétiques, les associations parentales d’alleles sont plus souvent transmises que les associations recombinees.
