Organisation du génome chez les eucaryotes Flashcards
Génome d’un espèce
intégralité de son matériel génétique et non seulement les gènes
Organisation ADN au niveau intra-moléculaire
Organisation des séquences dans une molécule
Organisation ADN au niveau inter-moléculaire
interactions entre molécules d’ADN et avec d’autres molécules (ADN, ARN, protéines, etc…), repliement et localisation de l’ADN dans le noyau
Pores nucléaires
permettent les échanges avec le cytoplasme (ARNm par exemple)
Euchromatine
Forme d’ADN peu compacte
Hétérochromatine
Forme d’ADN compacte
Effet du Mg2+ sur la compaction de l’ADN dans le noyau
limiter la répulsion entre les charges négatives des phosphates
Karyotype
l’ensemble des chromosomes d’une cellule, avec description du nombre, taille, forme, et structure de ceux-ci
Locus
une région (ou séquence d’ADN) donnée dans le génome et sur son chromosome
Centromères
sites d’attachement des chromosomes au fuseau mitotique durant la division cellulaire
Télomères
structures qui protègent les extrémités des chromosomes
Positionnements du centromère
- Télocentrique
- Acrocentrique
- Submétacentrique
- Métacentrique
Télocentrique
centromère près de l’extrémité, bras court (p) presqu’invisible
Acrocentrique
bras long (q) arms beaucoup plus long que le bras court (q), mais pas autant que télocentrique
Submétacentrique
p et q sont similaires mais pas égaux
Métacentrique
p et q sont de tailles plus ou moins égales
Que permet la forme (type) et la taille des chromosomes
Identification cytogénétique
Analyse cytogénétique
Identification et comptage/caractérisation des chromosome d’une cellule
Marquage au Giemsa
Marquage au Giemsa donne des “G-bands” et est plus intense dans
les régions compactes (hétérochromatine) que dans les régions ouvertes (euchromatine): liens avec acétylation et activité
transcriptionnelle (discuté plus en détail dans les prochains cours)
- Le Giemsa lie surtout les régions d’ADN riches en AT
- Les patrons de bandes permettent l’identification des chromosomes
- Réalisé sur les cellules en métaphase (phase M): chromosomes sont condensés avant la mitose (division cellulaire)
Les G-bands permettent de décrire le positionnement d’un locus dans un chromosome
Étalement de chromosome et Giemsa
- Cellules en culture ou d’un tissu
- Colcemid arrête les cellules en métaphases (condensé)
- Seules les cellules en métaphase dans la population vont donner des chromosomes qui peuvent être analysés par cytogénétique
- Autres cellules ont de l’ADN décondensé
Le “FISH”
fluorescence in situ hybridization permet de localiser une séquence particulière sur un chromosome
-Hybridation d’une sonde marqué au fluorophore et sa détection en microscopie
Karyotypage spectral
Le SKY est basé sur l’hybridation de sondes spécifiques à chaque chromosome marquées par fluorophores sur des étalements de chromosomes
Nomenclature moderne et standardisée
recherche de la position d’un locus (gène WDHD1) dans le génome humain à l’aide de banques de données (ici, NCBI Genome Data Viewer)
Cartographie cytogénétique vs haute résolution
Cartographie cytogénétique:
* Simple à établir et réaliser dans un contexte clinique
* Permet d’identifier divers réarrangements chromosomiques et anomalies
* Peut servir à classifier les maladies,e.g., cancer
* Résolution grossière: réarrangements limités ne peuvent être détectés
Haute résolution:
* Haute précision (résolution au niveau des bases)
* Niveau de précision parfois inutile
* Plus coûteux et complexe
* Les coûts sont de moins en moins prohibitifs: aura éventuellement un rôle clinique important
ploïdie
La ploïdie est le nombre d’ensembles de chromosome complets dans une cellule à l’interphase (avant la phase S/G2/M). Ceci donne donc aussi un aperçu du nombre de copies d’un gène ou locus donné par cellule.
Haploïde
Une cellule haploïde possède un seul ensemble de chromosomes
Diploïde
Les cellules diploïdes ont 2 ensembles, triploïdes 3, etc…
aneuploïdie
Nombre anormal de chromosome
Euploïdie
Nombre normal de chromosome
Conséquence aneuploïdie
L’aneuploïdie dérégule le nombre et la fonction des gènes, et contribue au développement de plusieurs cancers
- La majorité des aneuploïdies développementales mènent à une léthalité embryonnaire: seulement 0.3% sont viables
- Les trisomies (13, 18, 21) sont parmi les plus fréquentes aneuploïdies viables: les aneuploïdies causent généralement des problèmes développementaux
Relation entre taille génome (C) et complexité d’un organisme
On s’attendrait à qu’une correlation existe entre complexité (morphologie,variations anatomiques, nombre de types cellulaires) vs la taille du génome (aussi appelée valeur C).
Or, cette relation n’est pas parfaite: par exemple, certaines algues (complexité faible en termes relatifs) possèdent des génomes très gros.
Paradoxe de la valeur C
Qu’est-ce qui explique le paradoxe de la valeur C
Grande partie du génome est formé de séquences répétitives et non de gène
recombinaison homologue
Réparation d’une brisure double brin
La recombinaison homologue (RH) implique des échanges de brins entre séquences qui possèdent une certaine identité de séquence (similarités)
Ces mécanismes peuvent mener à des événements non- crossover (conversion génique) ou cross-over
Les cross-over conduisent à un échange réciproque: les chromosomes impliqués deviennent liés
Changements chromosomiques à grande échelle peuvent mener à quoi?
- Délétion: enlève un segment
- Duplication: répétition d’un segment
- Inversion: inverse le segment à l’intérieur du chromosome
- Translocation: Déplace un segment d’un chromosome à un autre non-homologue
Synténie
conservation évolutive de blocs de séquences lorsque deux groupes de chromosomes d’espèces différentes sont comparés
Éléments mobiles Classe I
Rétro-transposons:
Dispersion basée sur la réverse- transcription d’un ARN (copier-coller) ≈ 50% du génome humain
- LTR elements
- LINE
-SINE
Éléments mobiles classe II
Transposons d’ADN:
Dispersion basée sur l’excision et l’intégration (couper-coller) ≈ 3% du génome humain
- Ac/Ds
- Tc1/Mariner element
Étude de la pigmentation des grains de maïs
- Un gène appelé C génère un pigment dans les grains de maïs
- Si celui-ci est muté ou perdu, le grain est blanc ou jaune
- McClintock a montré que des éléments mobiles pouvaient être présents dans le gène C, et en sortir:
ceci donne un grain de maïs tacheté - Le mouvement de l’élément Ds dépend de la présence d’un autre élément appelé Ac, qui lui aussi est mobile
- La transposition de Ds dépend d’activités enzymatiques encodées par Ac
- Ds est un transposon non-autonome, et Ac est un transposon autonome.
Exemple de l’élément transposable autonome Mariner
- Cette classe existe chez les animaux, algues et bactéries
- L’élément s’insère dans un
dinucléotide TA - La transposase dimérise et lie une
répétition inversées terminales (ITR) - La deuxième ITR est recrutée pour
former une boucle - La transposase clive l’ADN pour
relâcher la boucle - Le complexe Mariner/Transposase
s’intègre dans un nouveau site TA qui
est dupliqué au cours de l’intégration
À partir de quoi se disperse les rétro-transposons?
à partir d’un intermédiaire d’ARN messager
Rétro-transposons LINE
Autonome
Rétro-transposons SINE
Dépendent des LINEs pour leur dispersion
Types de rétro-transposons
Rétrotransposons non-LTR
* LINE: ≈6Kb, SINE (Alu): ≈100-300 bp,
SVA: 0.7-4Kb
* Lors de leur transcription l’ARN est poly-adénylé (queue de poly A)
* Les LINEs sont autonomes, alors que les SINEs dépendent des LINEs pour leur dispersion Long Terminal Repeat Retrotransposons
* 5-20 Kb (dépend du nombre de LTR)
* Ressemblent à des rétrovirus
* Ces éléments viendraient de rétrovirus inactivés: ERV est endogenous retrovirus
Dispersion des LINE-1
- Appariement entre queue de poly-A une région riche en T fournit une amorce pour la réverse transcription
- Intégration s’accompagne de duplication du site cible
- La faible processivité de la réverse-transcriptase fait que plusieurs éléments LINE1 sont tronqués en 5’
- Étant donné le manque de pression sélective, les éléments répétés acquièrent des mutations et sont pour la plupart inactifs: environ 100 LINE1 actifs dans le génome humain
Dispersion des Alu et SVA
- Les SINEs et SVA sont des rétrotransposons non-autonomes
- L’intégration dépend de la protéine encodée par l’ORF2 des LINE-1 (activité réverse-transcriptase et
endonucléase) - L’intégration se fait à une région riche en T qui est complémentaire à la queue de poly-A
Rétrotransposons LTR
Rétrovirus endogènes (ERV), possiblement provenant de l’infection de cellule germinale au cours de l’évolution
Ces rétrotransposons encodent une réverse-transcriptase et intégrase: rétrotransposons autonomes (similaire à L1)
Les séquences encodant une enveloppe virale sont devenues non-fonctionnelles au cours de l’évolution
Les LTR contiennent des séquences qui contrôlent la transcription du gène
L’ARNm génère une copie d’ADN par réverse transcription, qui sera ensuite intégrée au génome (mécanisme similaire à celui utilisé par les LINE1)
