Introduction à la génétique humaine Flashcards
La génétique a été introduit quand et par qui ?
La génétique humaine est un terme qui a été inroduit en 1905 par le biologiste William Bateson
L’hérédité c’est quoi ?
Un processus responsable de la ressemblance entre parents et leurs descendants
ADN pour ?
Acide DésoxyriboNucléique
L’information génétique es tportée par quoi ?
elle est portée par l’ADN. Dans Chacune des cellules, l’information génétique est dans le noyau, compacté dans un chromosome
Quelle est la forme la plus compactée et condensée de l’ADN ?
le chromosome
Un gène c’est quoi ?
c’est un segment de l’ADN, c’est une séquence de nucléotides qui synthétise une ou plusieurs protéines
Quelles sont les principales branches de la génétique humaine ?
- génétique du développement
- génétique médicale
- génétique évolutive
- génétique des populations
C’est quoi la génétique du développement ?
C’est une spécialité qui s’intéresse aux acteurs moléculaires, et qui utilise des espèces modèles
C’est quoi la génétique médicale ?
C’est une spécialité datant de 1994, qui cherche à identifier des anomalies responsables de maladies.
Il existe environ combiend e maladies rares ?
+ de 5 000
qui détermine les risques de maladies ?
le conseil génétique
Que fait la génétique des populations ?
Elle étudie la distribution des allèles (les fréquences alléliques entre les différentes populations, les différents lieux en fonction de la pression évolutive)
Peux tu me parler de l’histoire de l’hérédité avant Mendel ?
- Hippocrate (-400 av JC) qui reconnaït les apports mâles et femelles à la formation de l’embryon. Ainsi dès l’Antiquité on s’intéresse à l’hérédité.
Il formule déjà l’idée de pangenèse ( = engendrement par le tout. Cette théorie a été reprise par Charles Darwin au XIXème siècle).
- Charles Darwin (1989) & la théorie de l’évolution par sélection naturelle “mutation-sélection”.
Pour lui les espèces peuvent être modifiées par des modifications qui arrivent avec le hasard.
Peux tu me parler de la “théorie cellulaire” ?
Théorie qui offrait un cadre conceptuel ayant favorisé l’éclosion de la génétique = 3 postulats :
- tout organisme est composé d’une ou de plusieurs cellules (Theodor Schawnn 1838)
- toute cellule provient d’une autre cellule par division cellulaire (Rudolf Virchow 1855)
- la cellule est l’unité de structure et de fontion du vivant
Qui est Johann Gregor Mendel ?
- c’est le “père de l’héridité”
- était un moine botaniste qui s’occupait du jardin
- a élaboré une théorie de l’hérédité basée sur des expériences menées sur des pois à partir de 1857 sur une dizaine d’années
- personne ne le croyait, jusqu’en 1900 où 3 scientifiques ont redécouvert ses travaux
J.G Mendel a formulé 3 principes fondamentaux, lesquels ?
- Loi d’uniformité des caractères à la première génération aussi appelée “loi de dominance” (même s’il y a quelques exceptions)
- Loi de ségrégation des carctères dans les gamètes (loi universelle toujours vérifiée). Les allèles vont se séparer dans les gamètes
- Loi de ségrégation indépendante des caractères héréditaires multiples dans les gamètes (quelques exceptions). En gros les allèles se séparent de manière indépendante (mais exception quand les allèles sont trop proches sur les chromosomes)
Peux tu me parler de l’expérience du pois de Mendel globalement?
- a pris 7 caractères sur ce modèle
- des caractères faciles à observer : couleur des fleurs, etc…
- deux variations par caractère
- le pois s’autoféconde (= peut réaliser des croisement sur un lignée) mais on peut croiser ces variétés
- les hybrides sont fertiles : on peut continuer les croisements sur plusieurs générations
C’est quoi un hybride ?
- hétérozygote
Lignée issue du croisement de deux lignées pures
C’est quoi une lignée pure ?
c’est une lignée qui donne une descendance identique à elle-même après autofécondation
comment Mendel fait-il pour s’assurer que des lignées sont pures ?
En les reporduisant pendant deux ans.
Il a ainsi pu sélectionné les lignées dont les pois produisaient toujours des plants semblables à eux-mêmes
Le premier croisement: entre deux lignées pures distinctes par un seul caractère :
- met en avant la notion de “trait dominant” et de “trait récessif”
- Toute génération F1 exprime un trait de caractère dominant “fleur violette” qui l’emporte sur le trait de caractère récessif “fleur blanche”
- Génération F1 = 100% d’hétérozygote Violet/blanc
- résultats obtenus peuvent être formalisés avec la table de Punett
c’est quoi un trait de caractère “dominant” ?
c’est un trait de caractère qui se manifeste à la première génération
C’est quoi un trait de caractère “récessif” ?
c’est un trait de caractère qui ne se manifeste pas, “caractère caché”, à la première génération mais qui est tout de même présent
Deuxième génération (1 seul trait de caractère) ?après autofécondation des F1 ?
la version du caractère récessif “couleur blanche” était cachée dans F1 et réapparaît dans F2 avec un fréquence de 1/4.
Le rapport : 3/4 pour le trait de caractère dominant
et le rapport 1/4 pour le trait de caractère récssif restent tout deux fixes!
En génération F2, il y a ségrégation des caractères et réapparition de 25% de petits pois purs présentant le caractère récessif.
Mendel suit la descendance de certains hybrides sur plus de 6 générations et en tire quoi ?
il en tire une loi mathématique qui permet de prédire les proportions des formes dominantes, récessives et hybrides.
Ainsi les deux versions du caractère ségrégent lors de la formation des gamètes.
Il a aussi montré que chaque caractère existe par paire ! (une version venant du papa et une version venant de la maman)
Un gamète contient combien de version de chaque caractère ?
Une seule version !
Maintenant, si on fait un croisemetn de lignées pures qui diffèrent par plus d’un caractère ? (ici 2)
- lignées dihybrides en F1 : mignées hétérozygotes por deux caractères.
- vérifie les deux dernières Lois de Mendel
Peux tu me parler de Walther Flemming ?
- biologiste allemand
- identification d’un composant nucléaire fortement colorable qu’il nomme chromatine grâce à des techniques de fixation et de teinture de cellules
- chromatine = “corps coloré”
- première description de la mitose et invention des termes prophase, métaphase, anaphase pour décrire la division cellulaire
Peux tu me parler de Walter Sutton ?
- observe pour la première fois une méiose et propose la théorie chromosomique de l’hérédité en 1902
- les chromosomes seraient les supports de l’hérédité
- Le modèle de séparation des chromosomes supporte tout à fait la théorie de Mendel
Peux tu me parler des travau de THomas Morgan ?
- a travaillé sur la drosophile entre 1909-1925
- prix Nobel en 1933
- les facteurs de l’hérédité sotn portés par les chromosomes
- notion d’échanges d’information génétique entre deux chromosomes pairés “crossing over”
- notion de “liaison génétique”
1909 ?
invention des termes “gènes”, “génotype”, “phénotype” par Wilhelm Johannsen
définition d’un gène ?
c’est une unité fondamentale de l’hérédité, 2 copies par cellule
définition de génotype ?
correspond à l’ensemble de tous les gènes d’un individu
définition d’un phénotype ?
c’est le résultat de l’effet du génotype et l’effet milieu –> aspect de l’organisme
1956 ?
premier compte exact des chromosomes humains, première application = le caryotype
Les chromosomes sont classés par ordre de taille, ce qui peut mettre ne évidence des anomalies génétiques si elles sont importantes en taille = technique du caryotype
l’être humain a combien de chromosomes ?
46 chromosomes soit 23 paires
c’est quoi une anomalie équilibrée ?
il n’y a ni perte ni gain
c’est quoi une anomalie déséquilibrée ?
il ya perte ou gain
1959 ?
première maladie chromosomique détectée = la trisome 21.
- par Lejeune et coll.
Si on s’intéresse aux gènes, on parle de génétique … ?
de génétique moléclaire
1869 ?
Friedrich Miescher isole une sustance riche en phosphore dans le noyau des cellules “nucléine”.
C’est la première personne à isoler de l’ADN sans savoir que c’était de l’ADN.
- propriétés inattendues : précipité en milieu acide et se redissout en milieu basique
1889 ?
l’allemand Richard Altmann sépare à partir de la nucléine, des protéines une substance acide = l’acide nucléique
Pour faire cela il a repris le précipité blanc qu’avait observé Friedrich Miescher
1869 (2) ?
l’Allemand Albrecht Kossel découvre dans l’acide nucléique les quatre bases azotes : adénine (A), cytosine (C), guarine (G), et thymine (T)
1928 ?
les américains Levene et Jacos identifient le désoxyribose et dès 1935 on parle d’acide désoxyribose
Nucléotide = ?
nucléotide = phosphate + sucre + base
L’ADN c’est?
un double-brin, dont les deux brins sont en sens anti-parallèles.
Un brin va de 5’ à 3’ et l’autre va de 3’ à 5’
Un brin d’ADN c’est un enchaînement de nucléotides : A C T G
jusqu’en 1940 on pensait quoi ?
on pensait que le support des gènes était des protéines
Quelles questions occupaient les chimistes depuis le début du XXème siècle ?
” quelle est la nature exacte du support matériel de l’hérédité ?”
“de quoi sont fait les gènes ? de protéines ? d’ADN, d’ARN ?
1944 ?
Oswald T Avery et ses collègues effectuent des expériences qui font le ien entre ADN et gène.
Pour cela ils utilisent 2 souches bactériennes :
- Bactérie S : pneumocoque virulent inactivé par la chaleur
- Bactérie R : bactérie inoffensive
Suite à cette expérience on en déduit que c’est l’ADN des bactéries S inactivées qui confère la virulence.
On comprend donc que l’ADN est le support de l’information génétique
1953 ?
découverte de la structure en double hélice de l’ADN par J.Watson et F.Crick grâce aux travaux de R. Franklin
qui avait irradié des cheveux avec un faisceau de rayons X
1958 ?
Francis Crick formule le “dogme central de la biologie moléculaire”
avec cela on sait que l’ADN subit la transcription pour devenir l’ARN qui est traduit en protéines
Qui sont les personnes qui décrivent un système de régulation de la transcription des gènes ?
- J. Monod, F. Jacob et A. Lwoff
- ils décrivent plus finement l’expression des gènes. Ils disent que l’expression des gènes peut être inhibé avec des protéines régulatrices.
La séquence pro-moteur qui favorise l’expression des gènes.
découvertes concernant le contrôle génétique de la synthèse protéique : ADN–> ARN –> protéines
Qui a déchiffré le code génétique ?
M. Nirenberg, W. Holley et HG. Khorana
Dans les années 1970 : ?
développement des techniques de géie génétique pour explorer le génome.
- 3 enzymes de restrictions qui coupent au niveau des sites palindromiques. Cela donne deux séquences ayant des extrémités cohésives et une séquence ayant des extrémités franches.
- découverte de la transcriptase inverse également : c’est rétrotranscrire l’ARN en ADN complémantaire.
Ainsi si on veut étudier l’ARN messager, il faut utiliser l’ADN complémentaire qui est plus solide et stable que l’ARN
- Mise au point de la technique de Southern Blot
—> permet d’observer des fragments d’ADN de différentes tailles.
On peut séparer les fragmets d’ADN par la taille puis les observer.
1977 ?
technique de séquençage de l’ADN par terminaison de chaîne !
Peux tu me parler du séquençage Sanger par terminaison de chaîne ?
La technique Sanger permet le séquençage de l’ADN et utilisait au départ des nucléotides radioactifs qui sont fluorescents de nos jours.
On ajoute dans le milieu des nucléotides modifiés qui, lorsqu’ils sont ajoutés, arrêtent la synthèse de l’ADN. On produit donc des fragments de toutes les tailles avec à leur extrémité des nucléotides fluorescents. On fait ensuite migrer ces nucléotides et leur étude permet de décrypter la séquence d’ADN. Cette technique permet d’obtenir des électrophorégrammes où chaque pic de couleur représente un nucléotide. Le séquençage est le déchiffrage des lettres ATCG c’est-à-dire la lecture de la séquence de la chaine d’ADN.
peux tu me parler de la technique Southern Blot ?
Le Southern Blot est une technique de génie génétique et permet de visualiser l’ADN. Il consiste à rechercher par migration via éctrophorèse des fragments d’ADN qui ont préalablement été digérés par une enzyme de restriction. L’électrophorèse subit ensuite un transfert sur une membrane de nylon et cette membrane est marquée par une sonde radioactive. La visualisation de ces fragments se fait grâce à l’hybridation de la sonde radioactive complémentaire dont on connait la localisation dans le génome.
1983 ?
invention de la PCR “polymerase chain reaction” par Kary Mullis
cela permet d’amplifier la quantité d’ADN, et à chaque cycle on double la quantité d’ADN.
A titre d’exemple, au bout de 30 cycles on se retrouve avec près de + d’1 milliard d’ADN
Quand s’est produit le “Human Genome project” ?
- lancé en 1989 puis entrée de l’entreprise privé : Celera Genomics dans la course au génome en 1998.
- Mi-février 2001 : les séquences du génome-humain sont puliées dans Nature (consortium HGP) et dans Science (Celera Genomics)
C’est James Watson qui démarre le HGP pour séquencer le génome humain = 3,2 milliards de nucléotides !
1998 ?
mise au point de la CGH- Array (comparative Genomic Hybridization) par D. Pinkel.
Cela permet voir uniquement les anomalies déséquilibrées du génome
Pour cela on utilise l’ADN d’un patient qu’on hybride avec un ADN de référence:
Quand on les compare (les oligoncléotides), on pourra voir s’il y a des gains ou des pertes en fonction de la fluorescence.
chaque petit cercle de la lame correspond à une sonde qui contient plusieurs milliers d’oligonucléotides simples brins ( donc des petits fragments d’ADN simple brin)
Par conséquent, lors de l’hybridation avec la séquence du témoin et du patient, la couleur observée sur chaqu’une des sondes ( donc des cercles ) va nous permettre de détecter des duplications ou des délétions dans le génome.
vert = pertes
rouge = gains
cependant l’avantage du caryotype c’est qu’on peut y voir des anomalies équilibrées en plus des déséquilibrées
2005 ?
mise au point des premiers séquenceurs de nouvelle génération (Next Generation Sequencing)
Ce sont des séquenceurs à haut ébit : cela permet de séquencer plusieurs millions de séquences en parallèle.
Développement technologiques:
- 1ère génération : Séquençage Sanger
fragments = 500 à 1000 pb => séquençage courts fragments - 2ème génération : NGS: haut débit grâce à la parallélisation des réactions de séquençage
fragments = 50 à 500 pb => séquençage courts fragments - 3ème génération : TGS : Séquence de l’ADN natif en temps réel avec une résolution de molécule unique
fragments = 10 000 à 200 000 pb => séquençage lons fragments
Le génome humain :
- les molécules d’ADN sont contenues dans le noyau et compactées dans les 23 paires de chromosomes chez l’homme
- l’ADN humain simple brin d’une cellule haploïde est un enchaînement de 3,2 milliards de nucléotides
- 1 à 2% de ces séquences nucléotidiques sont des séquences codant des protéines
- le génome humain est variable
- 3 à 4 millions de variations pontuelles par individu
- de 1 000 variations structurales par individu de 500 pb à 1,3 Mb
autosome =
chromosomes communs aux deux sexes (1 à 22)
gonosomes =
chromosomes sexuels (X et Y)
gène =
unité d’information génétique
locus =
position (avec une coordonnée) d’un gène sur le chromosome
allèles =
différentes versions de la séquence d’ADN à un locus donné.
Les allèles diffèrent entre eux pas une variation de séquence
allèle morbide =
avec variation pathologique
allèle sauvage =
sans variation pahtologique
homozygote =
individu avec deux allèles identiques à un locus donné
hétérozygote =
individu avec deux allèles différents à un locus donné
Hémizygote =
individu ne portant qu’un seul allèle à un locus donné (chromosome X chez les garçons)
génotype =
- constitution génétique de la cellule ou de l’individu
- configuration des allèles à un locus donné
phénotype =
caractères observés en génétique humaine (caractère pathologique ou non)
allèle A =
et dit dominant sur l’allèle b si les phénotypes associés aux génotypes homozygotes AA et hétérozygote AB sont identiques
allèle B
est alors dit récessif
Semi-domiant =
si le phénotype d’un sujet AB est intermédiaire entre ceux résultant des AA et de BB, les allèles A et B sont dits semi-dominants
codominant =
si le géntoype AB exprime à la fois ce qui est observé pour le génotype AA et pour celui de BB, les deux allèles sont dits co-dominants
Conclusion
les découvertes en génétique ont peris le développement d’une discipline appelée la génétique médicale en 1994.
- étude de la trasnmission héréditaire des maladies au sein des familles
- identification des mécanismes moléculaires ou chromosomiqes en cause dans la maladie
- conseil génétique : communication aux patients et à leurs familles des informatins relatives aux risques, au pronostic et au traitement de la maladie
- la génétique a une place essentielle dans la pratique de la médecine clinique et en biologie médicale
- autrefois réservée à des affections rares, elle est devenue aujourd’hui un élément central de la compréhension de nombreuses pathologies
- discipline en constante évolution avec des techniques qui continuent de se développer et de s’améliorer pour permettre :
> une meilleure compréhension des processus pathologiques
> une prise en charge et prévention de la pathologie
> la mise au point de thérapies
3 types de maladies génétiques :
- maladies chromosomiques
-
maladies monogéniques
> soit mendélienne = autosomiques dominantes, autosomiques récessives, liées au chromosome X
> soit non mendélienne = maladies mitochondriales de transmission maternelle + autres mécanismes complexes - maladies mutlifactorielle (ou polygéniques)
