Du gène à la protéine et aux applications en médecine

REPARATION
REPLICATION
TRANSCRIPTION
INVERSE (retrovirus)
ADN
PROTEINES
ARN
TRANSCRIPTION
Du gène à la protéine et aux applications en
médecine
TRADUCTION
83% ARNr
1 à 2% ARNm
15% ARNt +
petits ARN…
M Benoist
Les maladies génétiques
peuvent être classées en fonction
de la position du gène responsable de l'anomalie
S'il est situé sur la paire de chromosomes sexuels,
la maladie est dite gonosomale
s'il est localisé sur une
paire de chromosomes
homologues,
la maladie est dite
autosomale
S’il y a un problème avec le matériel génétique cela peut
causer un défaut de fonctionnement de l’organisme et
conduire à la pathologie….
Un allèle est une version possible d'un gène
individu homozygote pour ce gène
Loci avec des allèles identiques
Si les deux allèles s'expriment
en même temps
on dit qu'ils sont codominants,
si l'un des deux s'exprime et
l'autre reste "muet" on dit que le
chromosome premier est dominant et l'autre
récessif.
individu hétérozygote pour ce gène
chromosome
L'origine de ces polyallélies trouve son
explication dans les différentes
mutations que peuvent subir les
allèles.
chromosomes sexuels
Loci avec des allèles différents
1
Différents types de mutation
Mutation (génétique)
Les mutations peuvent être classées selon leurs modalités de modification du gène :
Une mutation est une modification
génétique.
irréversible de l'information
Les mutations peuvent être dues à des erreurs de copie du matériel
génétique au cours de la division cellulaire, ou à l'exposition à des agents
mutagènes (radiations, agents chimiques, virus).
Une très grande partie des erreurs commises au cours de la réplication du
génome sont corrigées par les mécanismes de réparation de l'ADN, et
seule une faible part de ces erreurs deviennent des mutations transmises
aux cellules-filles.
Mutations ponctuelles (Ne modifient qu'un nucléotide de la séquence d'ADN)
Mutations par substitution :
• les mutations faux-sens : changement d'un nucléotide par un autre. Dans
certains cas, cette modification de nucléotide entraîne une modification de
l'acide aminé codé. Le changement d'un acide aminé peut avoir ou non une
répercussion en terme de fonction de la protéine produite par le gène, dans le
cas d'un gène codant, ou d'une modification d'affinité pour un facteur de
transcription, dans le cas d'une zone promotrice de l'ADN.
Chez les animaux pluricellulaires, les mutations de la lignée germinale
peuvent être transmises à la descendance, contrairement aux mutations
somatiques.
Les mutations expliquent l'existence d'une variabilité entre les gènes.
Différents types de mutation
• les mutations non-sens : changement d'un nucléotide provoquant le
remplacement d'un codon d’un acide aminé par un codon stop. Cela entraîne
la production d'une protéine tronquée.
Décryptage de
1961 à 64
UUU =
phénylalanine
• les mutations silencieuses : changement d'un nucléotide mais le nouveau
triplet code pour le même acide aminé que le triplet original, donc cette
mutation n'a aucune conséquence.
Insertions et délétions :
• les mutations décalantes : une addition ou une suppression de nucléotides
non multiple de 3 provoquera un changement de cadre de lecture. Au moment
de la traduction, cela générera le plus souvent une protéine tronquée par
l'apparition d'un codon-stop prématuré.
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Hérédité autosomique dominant
On dit qu’un caractère est DOMINANT
lorsqu’il entraîne un effet phénotypique
à l’état hétérozygote
Règles théoriques de l’hérédité autosomique
dominante
femme
homme
En génétique humaine, dans la plupart des cas, le phénotype homozygote
est beaucoup plus sévère, voire létal.
Quand on parle d’individus atteints, il s’agit d’hétérozygotes pour la mutation.
•La transmission est verticale.
•Un individu atteint a 50 % de risque de transmettre la maladie à ses
enfants (50% à chaque grossesse)
•Un individu atteint a forcément un parent atteint
•Un individu sain n’a pas de risque de transmettre la maladie.
•La transmission s’effectue sans saut de génération.
Règles de l’hérédité autosomique récessive
Maladie de Huntington
Mise en évidence par le neurologue américain George Huntington en 1872
Elle débute en général en 30 et 45 ans
et touche
environ 1 personne sur 5000 en
France
Elle atteint indistinctement les
hommes et les femmes
• Les sujets atteints naissent de parents normaux mais
hétérozygotes.
Il existe des formes juvéniles (10%)
qui débutent avant l’age de 20 ans
• Risque = 25 % à chaque grossesse.
L’évolution de cette maladie est
irréversible.
• Les deux sexes sont également atteints .
Affection neurodégénérative
héréditaire autosomique
dominante
3
La maladie de Huntington est neurodégénérative
bras court
«p»
HUNTINGTON
DISEASE
Elle atteint de façon prédominante les
noyaux gris centraux
noyaux caudé et putamen.
Ces noyaux sont reliés à de
nombreuses aires du
cerveau qui aident à contrôler :
bras long
«q»
Les mouvements du corps
Les émotions
La pensée
Le comportement
La perception du monde extérieur
le chromosome 4
4p16.
Origine de la maladie de Huntington
La protéine huntingtine contient l'acide aminé glutamine
Nombre de copie Phénotype
du codon CAG
10-35
Normal
> 35
Maladie de
Huntington
Pour résumer la maladie de Huntington est causée par un nombre
excessif de copies du codon C-A-G dans l'ADN humain, ce qui entraîne
la présence de trop de glutamine dans la protéine huntingtine
Origine de la maladie de Huntington
Tous les êtres humains possèdent une protéine appelée
huntingtine dans leurs cellules nerveuses
elle joue un rôle critique dans les événements
qui permettent aux cellules de fonctionner efficacement
Elle protège les neurones contre la mort cellulaire
Elleintervient dans la régulation
de la transcription et le
transport d’un facteur de survie
appelé le BDNF (Brain Derived
Neurotrophic Factor) du cortex
cérébral jusqu’au striatum.
Ce transport nécessite des
microtubules.
Réseau de microtubules (en vert)
Chez les patients atteints de la MH, la protéine Huntingtine
peut kidnapper des petites protéines importantes.
Ceci inhibe leur rôle physiologique
Diagnostic de la maladie de Huntington
Diagnostic classique
Effectué au cours de tests neurologiques et psychologiques
associés à un scanner du cerveau ou à un IRM pour vérifier
si le noyau caudé et le putamen démontrent des signes de mauvais
fonctionnement (atrophie)
Méthodes de diagnostic biologique – Le test génétique
La recherche de l’expansion CAG par PCR (>36 répétitions CAG) et la
séparation des fragments sur gel d’agarose peut confirmer
le diagnostic. Elle n’est utile que si la nature de la mutation
n’a pas encore été déterminée dans une famille
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Les individus doivent prendre toute la mesure des effets
négatifs ou positifs du test génétique. C'est seulement quand ils
sont conscients des conséquences de cet examen génétique
que les individus devraient opter pour ou contre le test.
un résultat positif communiqué est une situation de non-retour.
Certains commencent à s'espionner : telle nervosité, tel oubli, tel
mouvement d'humeur ne constituent-ils pas les premiers
symptômes ?
Pour certains individus, la vie est plus vivable s'ils restent dans
l'incertitude.
D'autres personnes ont à l'inverse besoin de certitude pour
mieux planifier leur avenir : former un couple ou non, faire des
enfants ou non, envisager les alternatives possibles
(fécondations in vitro, IVG, …), planifier leur avenir juridique et
financier.
La thérapie cellulaire
Un traitement par greffe de cellules foetales
Les essais ont été effectués sur cinq patients.
L'objectif est d'injecter des cellules pour reconstituer un réseau neuronal.
Plusieurs étapes à cette thérapie génique :
Extraction des neurones d'un foetus de 7 à 9 semaines de vie intra-utérine. Ce
neurones proviennent de l'éminence ganglionnaire, partie du système nerveux
foetal qui devient le striatum.
Le tissu nerveux formé par ces neurones est découpé en petits cubes de 1 mm
de diamètre.
Le tissu nerveux est injecté par le chirurgien à l'aide d'un cadre stéréotaxique
permettant de repérer les structures internes du cerveau et de guider l'aiguille.
Les chercheurs annoncent avoir amélioré l'état de trois malades sur cinq, ceux
dont les greffons sont actifs : récupération des fonctions motrices mais
également amélioration des fonctions intellectuelles.
Traitement de la maladie de Huntington
Il n'existe pas de traitement de la maladie de Huntington .
Le traitement du syndrome choréique est purement symptomatique
par les neuroleptiques, pour réduire l’intensité des mouvements
involontaires
Un traitement antidépresseur (anxiolytique) est souvent utile.
La thérapie génique
La thérapie génique est une nouvelle méthode thérapeutique dont l’objectif est
l’introduction d’une séquence d’information génétique dans un type de
cellules.
Le gène responsable de la MH est identifié et séquencé : le
but de la thérapie génique est de le remplacer par un gène
sain. Ainsi la thérapie génique consiste à remplacer un gène
défectueux par sa copie normale (saine).
Le nanisme et l’hormone de croissance
Déficience en hormone de croissance (GH)
Un manque de GH pendant l'enfance provoque un nanisme harmonieux.
Il entraîne une diminution de la masse maigre, une augmentation de la
masse grasse, un arrêt de la croissance des cartilages et des os, et une
diminution de la résistance à l'effort et au froid. Pour le diagnostiquer, il
faut procéder à un test dynamique de stimulation en provoquant une
hypoglycémie insulinique. En temps normal, une hypoglycémie provoque
une augmentation du taux de GH.
Traitement
Administration de GH tout les jour avant le couché.
Risques liés au traitement par l'hormone de croissance
L'hormone de croissance produite auparavant par extraction d'hypophyses
de cadavres a causé un certain nombre de contaminations par le prion,
occasionnant certains cas de maladies de Creutzfeldt-Jacob mortelles. Ce
risque a disparu depuis la production par génie génétique.
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1
3
2
1- Expression de lacIq
2- Repression de l’expression
de la protéine GST
3- Ajout d’IPTG
4- L’IPTG inhibe l’action de
lacIq
5- Expression de la potéine GST
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NB: La protéine XXX fusionné à
la GST correspond à l’hormone
de croissance
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