1. Organisation du génome chez les eucaryotes Flashcards
(141 cards)
1
Q
Qu’est ce que le génome d’une espèce ?
A
Le génome d’une espèce réfère à l’intégralité de son matériel génétique et non seulement les gènes
2
Q
Où sont organisées les molécules d’ADN chez les eucaryotes ?
A
Les molécules d’ADN sont organisées dans le noyau.
3
Q
Quels sont les différents niveaux d’organisation de l’ADN ?
A
- Intra-moléculaire : Organisation des séquences dans une molécule d’ADN.
- Inter-moléculaire : Interactions entre les molécules d’ADN, ARN, protéines, etc., ainsi que leur repliement et leur localisation dans le noyau.
4
Q
Où trouve-t-on l’ADN chez une cellule eucaryote ailleurs que dans le noyau ?
A
Aussi dans les mitochondries.
Chez les plantes, on trouve également de l’ADN dans les chloroplastes.
5
Q
Quels sont les rôles des pores nucléaires ?
A
Les pores nucléaires permettent les échanges entre le noyau et le cytoplasme, comme le passage de l’ARNm.
6
Q
Qu’est-ce que la chromatine et comment est-elle organisée ?
A
La chromatine est l’ADN enroulé autour des histones.
Elle est divisée en :
- Euchromatine : Peu compacte.
- Hétérochromatine : Plus compacte.
7
Q
Vrai ou Faux ? Les fonctions des diverses régions du noyau sont équivalentes ?
A
Faux.
Les différentes régions (périphérie, centre, etc.) possèdent des structures spécifiques et remplissent des fonctions distinctes, comme la transcription, l’épissage ou le stockage de l’ADN.
8
Q
Vrai ou Faux ? Les sous-compartiments du noyau
ne sont pas délimités par des membranes.
A
Vrai. Elles sont distinguées par séparation de phases (comme de l’huile dans de l’eau)
9
Q
Quels sont les niveaux d’organisation de l’ADN dans le noyau ?
A
- Séquences simples ou spécifiques dans le génome (ex : gènes, introns, ADN simple-copie, ADN répétitif).
- Organisation locale avec des nucléosomes (“beads on a string”).
- Fibres de chromatine (30 nm).
- Boucles associées à un échafaudage chromosomique.
- Chromosomes d’interphase.
10
Q
Quelle est la structure de base des polynucléotides d’ADN ?
A
L’ADN est un polymère linéaire de nucléotides.
Les nucléotides sont reliés par des liens phosphodiesters entre les carbones 3’ et 5’.
Chaque nucléotide a une charge négative à cause des phosphates.
Les extrémités sont :
- 5’ : Phosphate libre.
- 3’ : Hydroxyle libre.
11
Q
Vrai ou Faux ? L’ADN est globalement chargé négativement.
A
Vrai
(si t’as répondu faux retourne au cégep)
12
Q
Quel est le rôle du Mg²⁺ dans la compaction de l’ADN ?
A
Le Mg²⁺ aide à neutraliser les charges négatives des phosphates dans l’ADN.
13
Q
De quelle façon l’EDTA agit-il sur Mg²⁺ et comment est-ce que cela affecte la structure de l’ADN ?
A
En présence d’EDTA (qui chélate (séquestre) le Mg²⁺), la chromatine devient moins dense car la neutralisation des charges est perdue.
14
Q
Quelles sont les caractéristiques de la structure de l’ADN double-brin ?
A
- 2 brins antiparallèles (5’-3’ et 3’-5’).
- Base complémentaire : A-T, G-C.
- Squelette sucre-phosphate.
- Taille mesurée en paires de bases (pb) : 1000 pb = 1 kb, 10⁶ pb = 1 Mb.
15
Q
Qu’est-ce que la forme ADN-B ?
A
- Forme la plus commune de l’ADN in vivo.
- Rotation de l’hélice vers la droite avec des bases empilées perpendiculairement à l’hélice.
- Sillon majeur et mineur essentiels pour les interactions avec des protéines (facteurs de transcription).
16
Q
Comment lit-on une séquence d’ADN ?
A
De l’extrémité 5’ vers 3’ par convention.
17
Q
Quelle est la différence entre l’ADN dans le noyau pendant l’interphase et la mitose ?
A
- Interphase : L’ADN est sous forme diffuse, non condensée.
- Mitose : L’ADN devient condensé pour former des chromosomes visibles.
18
Q
Quels sont les facteurs responsables de la condensation de l’ADN en chromosomes ?
A
La condensation dépend de la chromatine et de facteurs structurels comme les histones.
19
Q
Qu’est-ce qu’un chromosome ?
A
Une molécule d’ADN double-brin, qui doit être dupliquée et transmise aux cellules filles lors de la division cellulaire.
20
Q
Que contient un caryotype humain normal ?
A
- 46 chromosomes au total (22 paires autosomiques et 2 chromosomes sexuels : XX ou XY)).
- Chaque paire comprend un chromosome d’origine paternelle et un d’origine maternelle.
21
Q
Quelles sont les étapes du cycle cellulaire et leurs rôles ?
A
- G1 (GAP 1) : Croissance et synthèse de protéines et rassemblement de matériaux nécessaires pour la réplication d’ADN.
- S (Synthèse) : Duplication de l’ADN.
- G2 (GAP 2) : Préparation pour la mitose.
- M (Mitose) : Séparation des chromosomes et cytocinèse.
22
Q
Quels sont les changements dans l’ADN pendant la mitose ?
A
- Prophase : Les chromatides sœurs sont condensées et restent liées.
- Métaphase : Alignement des paires de chromosomes sur la plaque équatoriale.
- Anaphase : Séparation des chromatides sœurs vers les pôles opposés.
- Télophase : Formation de deux noyaux distincts dans les cellules filles.
23
Q
L’ADN reste-t-il condensé après la mitose ?
A
Non, il redevient diffus pendant l’interphase pour permettre la transcription et la réplication.
24
Q
Quelle est la taille moyenne d’un chromosome humain en termes d’ADN ?
A
Un chromosome humain contient environ 2,4 x 10⁸ pb.
25
Qu’est-ce qu’un locus dans le contexte des chromosomes ?
Un locus est une région ou séquence d’ADN spécifique sur un chromosome. Il est défini par :
- Le chromosome concerné.
- La position précise sur le bras court (p) ou le bras long (q) du chromosome.
26
Quels sont les deux bras d’un chromosome, et comment sont-ils définis?
Les chromosomes possèdent un bras court (p) et un bras long (q), dont la longueur relative est déterminée par la position du centromère par rapport aux extrémités chromosomiques (télomères).
Cette distinction facilite l'identification précise des régions chromosomiques pour localiser une séquence d’intérêt.
27
Quels sont les rôles des centromères et des télomères dans les chromosomes ?
**- Centromères :** Sites d’attachement des chromosomes au fuseau mitotique pour la division cellulaire.
**- Télomères :** Protègent les extrémités des chromosomes et préviennent leur dégradation.
28
Quels sont les types de chromosomes selon la position du centromère ?
**- Télocentrique :** Centromère à l’extrémité (bras court très petit ou absent).
**- Acrocentrique :** Bras long bien plus grand que le bras court.
**- Submétacentrique :** Bras court et long de tailles différentes mais proportionnées.
**- Métacentrique :** Bras court et long de tailles presque égales.
29
Quelle technique permet d’identifier et de caractériser les chromosomes d’une cellule ?
L’analyse cytogénétique avec coloration Giemsa, qui met en évidence les bandes G (plus intenses dans l’hétérochromatine riche en AT).
30
Quelles sont les étapes pour obtenir des chromosomes marqués au Giemsa ? (pas important)
- Collecte des cellules (par exemple, moelle osseuse).
- Blocage des cellules en métaphase avec la colcémide.
- Étalement des chromosomes et coloration au Giemsa.
31
Comment se lit un locus en nomenclature cytogénétique ? (Exemple : 3p22.1)
Exemple : 3p22.1 signifie :
- Chromosome 3
- Bras court (p)
- Bande 2
- Sous bande 2
- Sous-bande 1
32
Pourquoi utilise-t-on la coloration Giemsa sur les chromosomes en **métaphase** ?
Parce que les chromosomes sont condensés à ce stade, permettant une identification précise des bandes et des anomalies potentielles.
33
Quelle est l’importance des G-bands dans l’analyse cytogénétique ?
Les G-bands permettent de localiser précisément un locus sur un chromosome et d’identifier des variations structurales ou génétiques associées à des maladies.
34
L’intervalle 4p16 est-il plus grand ou plus petit que 4p17 ? Quel locus est de plus grande taille ?
On ne peut pas savoir a priori.
Les numéros des bandes augmentent en s’éloignant du centromère, donc 4p16 est plus proche du centromère que 4p17.
Pour confirmer avec certitude la taille exacte des deux loci, il faudrait vérifier les coordonnées génomiques exactes (en paires de bases) dans une base de données
35
L’intervalle 4p1 est-il plus grand que 4p16 ?
Oui, 4p1 englobe une région plus large que 4p16, car les sous-bandes (par exemple, 6) sont des subdivisions des bandes principales (par exemple, 1).
36
Le bras P est-il plus court que le bras Q sur un chromosome ?
Non, ils sont égaux/similaires dans le cas des chromosomes métacentriques.
37
Combien de molécules d’ADN double-brin sont présentes dans un chromosome visible dans une analyse caryotypique ?
Chaque chromosome contient **deux** molécules d’ADN double-brin (chromatides sœurs) après la réplication en phase S du cycle cellulaire.
38
Les chromosomes visibles dans une analyse caryotypique proviennent de cellules en quelle phase du cycle cellulaire ?
Les chromosomes proviennent de cellules en métaphase, où ils sont au maximum de leur condensation.
39
Pourquoi utilise-t-on des cellules en G2/M pour les analyses de caryotype ?
Les cellules en G2/M ont des chromosomes répliqués et condensés, ce qui facilite leur visualisation et leur identification.
40
Comment identifie-t-on les chromosomes dans un caryotype ?
Les chromosomes sont identifiés par leur taille, la position du centromère (type de chromosome), et le motif de bandes Giemsa (G-banding).
41
Qu’est-ce que la technique FISH et à quoi sert-elle ?
La technique FISH (Fluorescence In Situ Hybridization) permet de localiser une séquence particulière sur un chromosome en utilisant des sondes marquées par un fluorophore.
Elle est utilisée pour détecter des réarrangements, comme des fusions génétiques dans certains cancers.
42
Quelle est l’utilité du caryotypage spectral (SKY) ? (pas important)
Le caryotypage spectral permet d’identifier facilement chaque chromosome grâce à des sondes fluorescentes spécifiques, chaque chromosome apparaissant d’une couleur différente.
43
Quelle est la différence entre la cartographie cytogénétique et les techniques de haute résolution ?
**Cartographie cytogénétique :**
- Simple et peu coûteuse, permet d’identifier des réarrangements chromosomiques et anomalies visibles.
- Résolution grossière, souvent suffisante pour la clinique.
**Haute résolution :**
- Précision au niveau des bases, adaptée pour des analyses complexes.
- Plus coûteuse et plus longue, mais devient de plus en plus accessible.
44
Comment localiser précisément un locus dans le génome humain à l’aide de bases de données ?
Les bases de données comme le NCBI Genome Data Viewer ou UCSC Genome Browser permettent de localiser un locus en utilisant :
- Sa position **cytogénétique** (par exemple, 14q22.2).
- Sa position **moléculaire** (par exemple, Chr14 : 54,938,938-55,027,106).
**Les informations moléculaires sont plus précises**, notamment pour les analyses de séquences au niveau des bases, et elles permettent de détecter des variations génétiques plus fines.
45
Quels avantages offre le Genome Browser UCSC ?
- Facilité d’utilisation et d’accès.
- Intégration de multiples données, comme la conservation évolutive et l’annotation des gènes.
46
Comment détecter une translocation entre deux **chromosomes** chez un individu ?
- Analyse karyotypique par SKY ou Giemsa
- Séquençage entier du génome
47
Comment pourriez-vous détecter une translocation entre deux **gènes** ?
- Séquençage entier du génome
- FISH avec sondes contre chacun des gènes d’intérêt
48
Qu’est-ce qu’un chromosome recombinant ?
Un chromosome recombinant est issu d’un échange de matériel génétique entre deux chromosomes non homologues, résultant d’une translocation.
49
Quels sont des exemples de translocations dans le cancer ? (pas à l'examen)
t(7;11)(p15;p15) : Échange entre les chromosomes 7 et 11, observé dans certaines leucémies myéloïdes aiguës.
t(9;22) : Translocation impliquant les chromosomes 9 et 22 (chromosome de Philadelphie), commune dans la leucémie myéloïde chronique.
50
Pourquoi le chromosome de Philadelphie (t(9;22)) est-il significatif dans les cancers ?
Cette translocation fusionne les gènes BCR (chromosome 22) et ABL (chromosome 9), produisant une protéine kinase anormale impliquée dans la leucémie myéloïde chronique.
(*Important de retenir tout simplement que c'est une recombinaison entre deux chromosomes non-homologues qui cause un cancer.*)
51
Si vous connaissez les gènes impliqués dans une translocation et la région générale de chaque gène impliqué, comment pourriez-vous déterminer le « breakpoint » entre deux translocations ?
- Séquençage entier du génome (coûteux pour rien par contre...)
- PCR avec amorces diagnostiques permettant d’identifier si une translocation existe et où elle se trouve, suivi d'un séquençage des fragments PCR permet de voir précisément le point de cassure au niveau des bases.
52
Quel est le rôle de la PCR dans l’analyse des translocations ?
La PCR permet d’amplifier des régions spécifiques pour détecter des réarrangements et identifier les breakpoints.
Elle peut être suivie d’un séquençage pour des analyses précises.
53
Quelles sont les alternatives au séquençage pour détecter des translocations ?
- FISH pour des analyses ciblées.
- Analyse des fragments d’ADN amplifiés par PCR.
- Caryotypage spectral (SKY) pour une vue globale des anomalies chromosomiques.
Plus de détails (juste pour comprendre) :
- FISH : Utilise des sondes fluorescentes spécifiques qui s'hybrident avec des séquences cibles sur les chromosomes. Permet de détecter les translocations en visualisant les signaux fluorescents à des positions anormales sur les chromosomes. *Avantage* : spécifique et ciblé, utile pour des translocations connues.
- PCR : Utilise des amorces spécifiques pour amplifier des régions de jonction impliquées dans une translocation. La présence d’un produit PCR indique une translocation spécifique. *Avantage* : rapide et précis pour des translocations connues.
- SKY : Technique de coloration des chromosomes grâce à des sondes fluorescentes marquées par des couleurs spécifiques pour chaque chromosome. Permet une vue globale des chromosomes et l'identification de réarrangements chromosomiques, y compris des translocations. *Avantage* : détecte des anomalies structurelles complexes, même inconnues.
54
Vrai ou Faux ? Un organisme complexe comme une grenouille a plus de chromosomes qu’un organisme simple comme une levure (Saccharomyces cerevisiae).
Faux.
Le nombre de chromosomes n’est pas directement lié à la complexité d’un organisme.
Par exemple, certaines fougères comme Ophioglossum possèdent 630 paires de chromosomes, bien plus que les humains.
55
Vrai ou Faux ? Les cellules d’un organisme multicellulaire possèdent toutes le même nombre de chromosomes.
Vrai.
Les cellules d’un même organisme multicellulaire (sauf exceptions comme les cellules germinales ou les mutations somatiques) possèdent le même nombre de chromosomes.
56
Que représente la ploïdie d’une cellule ?
La ploïdie est le nombre d’ensembles complets de chromosomes dans une cellule. Par exemple :
- Haploïde (N) : un seul ensemble.
- Diploïde (2N) : deux ensembles.
57
Vrai ou Faux ? L'humain possède des cellules haploïdes et diploïdes.
Vrai.
- Haploïde : cellules germinales humaines (ovules et spermatozoïdes).
- Diploïde : cellules somatiques humaines.
58
Est-ce que certains organismes peuvent alterner entre des états haploïdes et diploïdes ?
Oui.
Par exemple, les levures peuvent vivre sous forme haploïde ou diploïde, en alternant entre ces deux états selon les conditions environnementales.
59
Que se passe-t-il au niveau de la ploïdie lors de la méiose ?
La méiose réduit la ploïdie d’une cellule diploïde (2N) à une cellule haploïde (N) via deux divisions successives mais une seule réplication de l’ADN.
60
Quelle est la fonction principale de la méiose dans les organismes diploïdes ?
La méiose produit des gamètes (cellules sexuelles) haploïdes, nécessaires pour la reproduction sexuée.
61
Pourquoi la méiose est-elle essentielle pour maintenir le nombre de chromosomes dans une espèce ?
Elle permet de réduire de moitié le nombre de chromosomes dans les gamètes, de sorte que la fécondation restaure le nombre diploïde chez l’organisme suivant.
62
Que se passe-t-il lorsque deux types haploïdes (a et α) de levures entrent en contact ? Que produisent les cellules diploïdes de levure lorsqu’elles subissent la méiose dans des conditions difficiles ?
Ils s’accouplent pour former une cellule diploïde (a/α).
Elles produisent 4 spores haploïdes (a, α, a, α), résistantes aux conditions stressantes.
63
Quelle est la différence entre une euploïdie et une aneuploïdie ?
**- Euploïdie :** Nombre normal de chromosomes.
**- Aneuploïdie :** Nombre anormal de chromosomes (ex. : trisomie 21, avec 47 chromosomes).
64
Qu’est-ce que la trisomie 21 ?
C’est une aneuploïdie où un individu possède trois copies du chromosome 21, pour un total de 47 chromosomes.
65
Une levure haploïde a 16 chromosomes. Combien de copies de chaque chromosome sont présentes en phase G1 et en phase G2/M ?
- **Phase G1 :** 16, soit 1 copie de chaque chromosome
- **Phase G2/M :** 32, soit 2 copies de chaque chromosome (après réplication).
66
Une levure diploïde a 32 chromosomes. Combien de copies de chaque chromosome sont présentes en phase G1 et en phase G2/M ?
- Phase G1 : 2 copies de chaque chromosome (une levure diploïde / avec 2 copies des 16 chromosomes).
- Phase G2/M : 4 copies de chaque chromosome (après division, 4 spores haploïdes avec 1 copie chacun des 16 chromosomes).
67
Lors de la méiose chez une levure diploïde, combien de copies de chaque chromosome sont présentes dans chaque spore produite ?
Chaque spore contient 1 copie de chaque chromosome (état haploïde).
68
Combien de copies de chromosomes contient un spermatozoïde humain ?
Un spermatozoïde humain contient 1 copie de chaque chromosome, soit 23 chromosomes (haploïde).
69
Qu’est-ce que l’aneuploïdie ?
L’aneuploïdie est une anomalie du nombre de chromosomes, qui peut résulter d’un problème lors de la mitose ou de la méiose, ou encore d’une fusion chromosomique. Elle contribue à la dérégulation des gènes et est fréquente dans les **cancers**.
70
Citez un exemple de cellule cancéreuse présentant une aneuploïdie. (pas important)
Les cellules de cancer du pancréas métastatique (exemple : CAPAN-1 avec mutation **BRCA2**).
71
Quel est l’impact de l’aneuploïdie dans le développement des cancers ?
L’aneuploïdie modifie le nombre et la fonction des gènes, perturbant ainsi le contrôle cellulaire et favorisant la prolifération tumorale.
72
Quel est le taux de viabilité des embryons présentant une aneuploïdie ?
Seuls 0,3 % des embryons aneuploïdes sont viables ; la majorité entraîne une létalité embryonnaire.
73
Quelles maladies sont les plus fréquentes aneuploïdies viables ?
Les trisomies (13, 18, 21) sont parmi les plus fréquentes aneuploïdies viables: les aneuploïdies causent généralement des problèmes développementaux
74
Quelles sont les composantes principales d’un gène ? Qu’est-ce que l’épissage ?
Un gène comprend :
- Régions **codantes (exons)** traduites en protéines.
- Régions **non codantes (introns, promoteurs, enhancers)** impliquées dans la régulation.
L’épissage est le processus par lequel les introns sont retirés de l’ARN pré-messager, laissant uniquement les exons pour former un ARN mature.
75
Quelle est la différence entre une unité transcriptionnelle simple et complexe ?
- Simple : Produit un seul ARN messager à partir du gène.
- Complexe : Peut produire plusieurs ARNm via l’épissage alternatif, des signaux de polyadénylation ou des promoteurs multiples.
76
Quelle proportion des gènes de bactéries ou de levures contient des introns ?
La majorité des gènes de bactéries et levures ne contiennent pas d’introns.
77
Pourquoi l’épissage alternatif est-il important ?
Il permet de produire plusieurs protéines différentes à partir d’un même gène, augmentant la diversité fonctionnelle des protéines.
78
Tous les ARN codent-ils pour des protéines ?
Non.
Certains ARN, comme les ARN de transfert (tRNA) et les petits ARN nucléaires (snRNA), jouent des rôles structuraux ou enzymatiques sans coder de protéines.
- Les tRNA (ARN de transfert) servent à traduire l’ARN messager en protéines en apportant les acides aminés correspondants.
- Les snRNA participent à l’épissage des pré-ARNm.
79
Combien de gènes environ possède le génome humain ? Combien de gènes humains sont essentiels à la survie ou la croissance optimale des cellules ?
~ 20 000 gènes.
Environ 1 878 gènes, soit environ 10 % des gènes testés.
80
Vrai ou Faux ? Certains chromosomes ont une densité plus élevée de gènes.
Vrai.
Certains chromosomes possèdent plus de gènes par mégabase que d’autres, influençant leur organisation dans le noyau.
81
Comment est réparti le nombre de gènes sur les chromosomes humains ?
La répartition est non uniforme :
- Les régions **riches en gènes** se trouvent dans l’**euchromatine**.
- Les régions **pauvres en gènes** se trouvent dans l’**hétérochromatine** (plus fortement marquées par le Giemsa).
82
Quelle est la densité moyenne des gènes dans le génome humain ?
- Environ 20 000 gènes: prédiction ⇨ ∼ 1 gène / 100 kb
- En réalité: 0 – 64 gènes / 100 kb
83
Comment le génome de Saccharomyces cerevisiae (levure) diffère-t-il de celui des humains ?
Le génome de la levure est très compact, avec une haute densité de gènes et peu d’introns ou de séquences non codantes, contrairement au génome humain.
84
Y a-t-il une corrélation parfaite entre la taille du génome (valeur C) et la complexité d’un organisme ?
Non.
Par exemple, certaines algues ont des génomes très grands malgré une faible complexité. C’est ce qu’on appelle le “paradoxe de la valeur C”.
85
Quelles sont les principales composantes non codantes du génome humain ?
- Introns (26 %)
- LINES (20 %)
- SINES (13 %)
- LTR (8 %)
- Duplication de segments chromosomiques (5%)
- etc.
Note : Seulement 1 à 2 % du génome humain code pour des protéines.
86
Pourquoi les séquences répétitives et non codantes contribuent-elles au paradoxe de la valeur C ?
Elles occupent une grande partie du génome humain sans contribuer directement à la complexité fonctionnelle de l’organisme.
87
Quels effets peuvent avoir les erreurs introduites par l’ADN polymérase lors de la réplication ?
- Inactiver des gènes.
- Modifier la régulation ou l’activité des gènes.
- Être transmises à la descendance si elles surviennent dans les cellules germinales.
88
Pourquoi les mutations ont-elles un impact différent sur les génomes de levure et humain ?
**- Levure :** Génome compact, faible proportion de séquences non codantes. Une mutation a plus de chances d’affecter directement un gène fonctionnel.
**- Humain :** Grande proportion de séquences non codantes ou répétitives. Une mutation est moins susceptible d’affecter immédiatement une fonction critique.
89
Qu’est-ce que la recombinaison homologue (RH) ?
Un mécanisme de réparation des bris double-brin d’ADN, impliquant l’échange de brins entre séquences homologues (similaires). Elle peut mener à :
- Des conversions géniques (non-crossover).
- Des échanges réciproques (crossover).
90
Quels sont les déclencheurs possibles de la recombinaison homologue ?
- Bris spontanés.
- Dommages induits par des agents génotoxiques (ex. : irradiation).
- Problèmes de recombinaison.
91
Qu’est-ce qu’une duplication de segment chromosomique et ces impacts ?
- C’est la répétition d’un segment d’ADN dans le génome, pouvant survenir suite à des événements de recombinaison inégale (crossing-over non équivalent) ou des erreurs de réparation.
- Il implique souvent des régions de similarité entre chromosomes (duplications en tandem ou séquence répétées) et peut dépendre de la recombinaison homologue.
- Il peut impliquer de vastes régions chromosomiques.
- Cela peut conduire à des maladies (ex: cancer). De plus, si ça arrive pendant la méiose : elle est transmissible.
92
Quelle proportion du génome humain est constituée de segments dupliqués ?
~ 5 %
93
Quels sont les principaux types de changements chromosomiques à grande échelle ?
**- Délétion :** Suppression d’un segment chromosomique.
**- Duplication :** Répétition d’un segment chromosomique.
**- Inversion :** Renversement d’un segment au sein du chromosome.
**- Translocation :** Déplacement d’un segment d’un chromosome à un autre, parfois réciproque.
94
Comment ces réarrangements sont-ils liés aux cancers ?
Dans les cancers, des réarrangements tels que les translocations ou duplications peuvent activer des oncogènes, inactiver des gènes suppresseurs de tumeurs ou générer des anomalies génomiques comme l’aneuploïdie.
95
Qu’est-ce que la duplication de génome complet ? Quels sont ses impacts évolutifs ?
Un événement au cours duquel tout le génome est dupliqué, créant des copies supplémentaires de tous les gènes.
Impacts :
- Perte de gènes redondants à cause du fractionnement.
- Acquisition de nouvelles fonctions par mutation des gènes dupliqués.
- Complexification du génome.
96
Qu’est-ce que la synténie ?
La conservation de blocs de séquences entre les chromosomes d’espèces différentes, montrant des similitudes évolutives.
97
Comment les blocs de synténie peuvent-ils varier entre espèces ?
- Certains blocs restent conservés.
- D’autres sont redistribués ou réarrangés entre chromosomes au cours de l’évolution.
- Des séquences spécifiques à une espèce peuvent apparaître.
98
Quelle proportion du génome humain est constituée de rétrotransposons ?
~ 50 %
99
Quelle est la différence entre un rétrotransposon et un transposon ADN ?
- Rétrotransposon (classe I) : Se déplace via un ARN intermédiaire (“copier-coller”).
- Transposon ADN (classe II) : Se déplace par excision et insertion (“couper-coller”). (3% du génome)
100
Quelles découvertes importantes Barbara McClintock a-t-elle faites sur les éléments mobiles d’ADN ?
Elle a découvert :
- Les transposons en étudiant les grains de maïs.
- Leur rôle dans les échanges génétiques (crossing-over).
- Leur impact sur la mutation des gènes.
(Prix Nobel 1983)
101
Qu’est-ce que l’élément Ds, découvert dans le maïs ?
- **Ds** (Dissociation) : Un transposon **non autonome**.
- Son mouvement dépend de l’élément **Ac** (Activator), un transposon **autonome**.
- Ds peut provoquer des grains de maïs tachetés en modifiant le gène de pigmentation (C).
102
Comment l’élément Ac affecte-t-il l’élément Ds ?
Ac fournit les enzymes nécessaires pour exciser Ds et provoquer son déplacement, ce qui entraîne des mutations visibles (ex. : grains de maïs tachetés).
103
Quelles sont les principales classes de rétrotransposons ?
- Les non-LTR (sans Long Terminal Repeat), incluant LINE, SINE (Alu), et SVA.
- Les LTR, tels que les ERV (Endogenous Retrovirus).
**Ordre de grandeur :** 45% du génome est formé d’éléments mobiles dont ~ 1 millions de LINE1 et Alu1 et ~ 400 000 LTR et transposons (10%).
104
Quelle est la différence majeure entre LINE et SINE ?
- Les LINEs sont autonomes (elles codent leurs propres protéines pour la transposition).
- Les SINEs sont non autonomes et dépendent des protéines codées par les LINEs pour leur transposition.
105
Qu’est-ce que l’élément Mariner ? Quel est le mécanisme? (4)
Un transposon autonome présent chez les animaux, algues et bactéries, qui s’insère dans des séquences spécifiques *dinucléotide* **TA** grâce à une transposase.
**Mécanisme :**
1) La transposase dimérise et lie une répétition inversées terminales (ITR).
2) La deuxième ITR est recrutée pour former une boucle.
3) La transposase clive l’ADN pour relâcher la boucle.
4) Le complexe Mariner/Transposase s’intègre dans un nouveau site TA qui est dupliqué au cours de l’intégration.
106
Quel est le rôle des rétrotransposons dans le génome ?
- Augmenter la taille du génome.
- Créer des mutations par insertion.
- Contribuer à la diversité génétique et à l’évolution.
107
Quels sont les étapes principales du mécanisme de rétrotransposition ?
- Le mécanisme de rétrotransposition commence par la transcription de l'élément rétrotransposon en ARN messager.
- Cet ARN est ensuite traduit en protéines, dont une transcriptase inverse.
- Cette enzyme convertit l'ARN messager en ADN complémentaire (ADNc), qui est intégré dans une nouvelle région du génome, augmentant ainsi la taille et la variabilité du génome.
108
Quel est le rôle clé de l'ARN messager dans la rétrotransposition ?
- L'ARN messager agit comme un intermédiaire essentiel dans le processus de rétrotransposition.
- Il est produit à partir du rétrotransposon, traduit en protéines nécessaires (comme la transcriptase inverse), et sert de modèle pour la synthèse de l'ADNc qui sera intégré dans le génome.
109
Quelle est la différence entre les rétrotransposons autonomes et non-autonomes ?
- Les rétrotransposons **autonomes**, comme les LINEs (Long Interspersed Nuclear Elements), possèdent toutes les séquences nécessaires pour leur propre transposition, incluant des gènes codant pour la transcriptase inverse et d'autres protéines essentielles.
- Les rétrotransposons **non-autonomes**, comme les SINEs (Short Interspersed Nuclear Elements) et les SVA, ne codent pas pour ces protéines et dépendent des éléments autonomes, comme les LINEs, pour leur dispersion dans le génome.
110
Quels sont les rôles des deux ORF (open reading frames) dans le rétrotransposon LINE-1 ?
- *ORF1* code pour une protéine qui **se lie à l'ARN messager**.
- *ORF2* code pour une protéine ayant une activité **endonucléase** (qui coupe l'ADN) et une activité de **transcriptase inverse** (qui convertit l'ARN en ADN).
111
Quels sont les points clé à retenir sur la rétrotransposition des LINE-1 ?
- L'appariement entre une queue de poly-A et une **région riche en T** fournit une amorce pour la rétrotranscription.
- L'intégration s'accompagne d'une duplication du site cible.
- La faible processivité de la transcriptase inverse entraîne des éléments LINE-1 souvent **tronqués** en 5'.
- La majorité des copies de LINE-1 sont mutées et donc **inactives** pour la rétrotransposition.
112
Quels sont les points clé du mécanisme de rétrotransposition des LINE-1 ?
- La rétrotransposition des LINE-1 commence par la transcription de leur ARN messager.
- Cet ARN messager code les protéines nécessaires à la rétrotransposition, y compris une transcriptase inverse.
- L'ARNm des LINE-1 est rétrotranscrit en ADN par la transcriptase inverse.
- L'ADN produit est intégré dans une nouvelle région du génome.
113
Quelles sont les caractéristiques des séquences Alu, et comment se fait leur transposition ?
Les séquences Alu, appartenant aux SINEs (Short Interspersed Nuclear Elements), ne contiennent pas d'ORF et ne codent donc pas de protéines.
Elles représentent ~11 % du génome humain et leur **transposition dépend de la machinerie des LINEs**.
La queue de poly-A des séquences Alu permet leur rétrotranscription et intégration dans le génome via les protéines des LINEs.
114
Décris l’origine et le fonctionnement des rétrotransposons LTR dans le génome humain.
Ils proviennent des rétrovirus endogènes (ERV) qui auraient infecté des cellules germinales au cours de l’évolution.
Contrairement aux LINE-1, ils contiennent des séquences LTR (Long Terminal Repeat) qui régulent la transcription et, dans certains cas, des gènes codant des protéines virales (devenues non fonctionnelles).
Ils réalisent leur transposition en générant une copie d’ADN à partir d’un ARN grâce à une reverse-transcriptase. Cet ADN est ensuite intégré au génome hôte, un processus similaire à celui des LINE-1.
115
Pourquoi les séquences Alu et SVA sont-elles dépendantes des LINE-1 pour leur transposition ?
- Les séquences Alu et SVA sont des rétrotransposons non-autonomes, ce qui signifie qu'elles ne codent pas les protéines nécessaires à leur propre rétrotransposition.
- Leur intégration dans le génome dépend de l'ORF2 des LINE-1, qui fournit l'activité transcriptase inverse et endonucléase requise pour leur déplacement.
116
Qu'est-ce qui caractérise les rétrotransposons LTR et comment fonctionnent-ils ? (pas important)
Les rétrotransposons LTR (Long Terminal Repeat) sont des rétrovirus endogènes (ERV) dérivés d'infections anciennes.
Ils codent pour une transcriptase inverse et une intégrase, ce qui en fait des rétrotransposons autonomes.
Les séquences virales d'enveloppe sont devenues non-fonctionnelles au cours de l'évolution. Leur ARN messager est rétrotranscrit en ADN, qui est ensuite intégré dans le génome, via un mécanisme similaire à celui des LINE-1.
117
Que se passe-t-il lors de la recombinaison homologue entre des séquences LTR en répétitions directes ? (pas important)
La recombinaison homologue entre des séquences en répétitions directes peut entraîner une délétion.
Dans le cas des LTR, cela conduit à la perte de l'ADN situé entre les deux LTR, laissant un seul LTR dans le chromosome.
118
Pourquoi la majorité des LTR dans le génome humain sont-elles "solitaires" ? (pas important)
La recombinaison homologue entre les séquences LTR entraîne souvent la perte de l'ADN situé entre elles, ne laissant qu'un seul LTR "solitaire".
La majorité des 443 000 LTR dans le génome humain provient probablement de ce mécanisme.
119
Quels sont les éléments transposables les plus actifs dans le génome humain et comment agissent-ils ? (pas important)
**AluY, SVA et L1** sont les plus actifs, représentant près de 100 % de l'activité de transposition.
AluY est le plus actif, avec une insertion dans les gamètes toutes les 20 naissances, tandis que SVA et L1 ont une insertion tous les 100-200 naissances.
Ces insertions doivent se produire dans les gamètes ou l'embryon très précoce pour être transmises à la descendance. Les rétrotransposons LTR sont peu actifs.
120
Pourquoi y a-t-il beaucoup plus de rétro-transposons que de transposons dans le génome humain ?
Les rétrotransposons font une copie d’eux même qui va s’intégrer (copier-coller) alors que les transposons ne font que se déplacer. Donc, le nombre de rétrotransposon peut augmenter, alors que celui des transposons n’augmente pas a priori (sauf s’il y a duplication de segments).
121
À quelle tendance vous attendez vous quant au nombre de transposons actifs dans le génome sur des temps évolutifs? Est-ce qu’il y en aura plus, moins ou égal dans 100 000 ans ? (Question du prof, EXPLIQUE)
Étant donné que la majorité des transposons n’ont pas de rôle clair, la pression sélective pour éviter les mutations dans ceux-ci est faible : les individus chez qui un transposon donné est inactivé par des mutations ne présentent pas de défauts de « fitness » et donc peuvent transmettre ce transposon muté sans problème à leur descendance.
Donc, les transposons devraient être inactivés aléatoirement au fil du temps par des mutations, sauf pour ceux qui ont acquis des fonctions (régulation de gènes par exemple).
De plus, les cytosines des transposons et rétrotransposons sont souvent méthylées: comme on l’a vu, une déamination des cytosines méthylés les transforment en T, et ceci n’est pas réparé. Donc, on pourrait argumenter que la fréquence d’inactivation des transposons est particulièrement élevée à cause de ce fait, et du fait que l’absence de pression sélective fait en sorte que les transposons inactifs sont néanmoins transmis à la descendance.
(désolé pour la longueur, c'est la réponse du prof)
122
Qu'est-ce que la pression sélective ? Que se passe-t-il si un gène est crucial pour la survie d'un individu ou d'une cellule ?
La pression sélective est un mécanisme de l'évolution où les individus les mieux adaptés à leur environnement survivent et transmettent leurs gènes aux générations suivantes, tandis que les moins adaptés disparaissent.
Les mutations délétères de ce gène sont éliminées au cours de l'évolution, car elles réduisent les chances de survie et de reproduction de l'individu.
123
Que devient une mutation bénéfique dans un gène important ?
Une mutation bénéfique est conservée dans l'évolution, car elle favorise la survie et/ou la reproduction (par exemple, un long cou chez la girafe pour mieux manger des grands arbres).
124
Quelle est l'importance de la perte d'un gène peu influent sur la fitness ?
La perte de ce gène est considérée comme neutre sur le plan évolutif.
125
Les insertions d’éléments mobiles peuvent causer des mutations menant à des maladies. Pourquoi sont-ils conservés malgré leurs effets délétères ?
- Leur élimination complète est difficile à cause de leur abondance.
- Les mutations délétères sont rares à l'échelle d'une espèce.
- Ils augmentent la diversité génétique, ce qui peut être bénéfique sur le long terme.
126
Quel est l'effet des éléments mobiles chez les plantes en période de stress ? (pas important)
Les rétrotransposons augmentent leur activité en période de stress, ce qui peut générer une diversité génétique permettant une meilleure adaptation à l'environnement.
127
Comment les séquences répétitives peuvent-elles influencer les réarrangements chromosomiques ?
La recombinaison homologue entre séquences répétées peut entraîner des réarrangements chromosomiques. Ces réarrangements peuvent persister dans l'évolution s'ils ne nuisent pas à l'organisme.
128
Qu,est-ce que l'exon shuffling et son lien avec les séquences Alu (SINEs) ?
La recombinaison entre séquences Alu peut transférer des exons d’un gène à un autre, générant ainsi de **nouvelles protéines** (processus appelé *exon shuffling*).
La dispersion des exons (“exon shuffling”) peut aussi se produire à cause des événements de transposition impliquant deux transposons situés de part et d’autre d’un exon (ou toute autre séquence…)
129
Comment les séquences répétitives comme les transposons et rétrotransposons influencent-elles l'évolution et la structure des génomes eucaryotes ?
Les transposons provoquent des réarrangements génétiques :
- **Exon shuffling :** déplacement d'exons entre gènes, augmentant la diversité des protéines.
- **Modifications transcriptionnelles :** ajout de signal poly(A), insertion d'exons, erreurs (troncations, défauts d'élongation).
*Effets du déplacement :*
- Génération de duplications, pseudogènes.
- Influence sur la régulation des gènes voisins via leurs promoteurs.
130
Quels impacts spécifiques les rétrotransposons peuvent-ils avoir sur l'expression des gènes ?
**- Splicing alternatif :** L'intégration d'un rétrotransposon dans une séquence codante peut altérer le splicing, générant de nouvelles isoformes d'une protéine.
**- Polyadénylation prématurée :** Le signal poly(A) ajouté par l'élément mobile peut tronquer l'ARNm et perturber la traduction.
**- Régulation des gènes voisins :** Les promoteurs des rétrotransposons peuvent activer ou inhiber l'expression des gènes environnants, influençant l'adaptation ou les pathologies associées.
131
Quels rôles les séquences répétitives jouent-elles dans la diversification et l'évolution génomique des eucaryotes ?
Elles favorisent l'émergence de **paralogues** (copies de gènes avec des fonctions similaires ou divergentes) et de **pseudogènes** (copies non fonctionnelles), augmentant ainsi la complexité génomique.
Les transposons peuvent être à l'origine d'innovations évolutives en introduisant de *nouvelles séquences* régulatrices ou codantes, tout en maintenant un équilibre entre mutation et adaptation.
L'accumulation de ces séquences répétées *augmente la taille et la variabilité du génome*, contribuant à une plus grande flexibilité dans l'évolution et l'adaptation des espèces.
132
Quelles sont les conséquences possibles d'une duplication de gène ?
Lorsqu'un gène est dupliqué, il peut subir différents destins : pseudogénisation, sub-fonctionnalisation ou néo-fonctionnalisation.
133
Qu'est-ce que la pseudogénisation et quel est son rôle évolutif ?
La **pseudogénisation** correspond à l'inactivation d'une copie dupliquée, qui devient un pseudogène. Elle n'est plus soumise à la pression sélective, car elle a une fonction redondante.
134
Qu'est-ce que la sub-fonctionnalisation et comment agit-elle sur les gènes ?
La **sub-fonctionnalisation** se produit lorsque les copies dupliquées se spécialisent ou partagent des sous-fonctions, permettant une meilleure répartition des rôles.
135
Quel rôle jouent les paralogues dans l'évolution génétique ?
Les paralogues, issus de la duplication, favorisent la diversité fonctionnelle en permettant l'émergence de nouvelles fonctions tout en préservant les fonctions existantes.
136
Quelles sont les caractéristiques et les origines des pseudogènes, et comment se forment-ils ?
Les pseudogènes sont des copies inactives de gènes fonctionnels. Ils peuvent se former de deux manières :
**- Pseudogènes classiques :** Résultent de mutations dans une copie dupliquée d'un gène. Ces mutations désactivent la fonction de la copie.
**- Pseudogènes "traités" :** Formés par la rétrotranscription d’un ARN mature suivi de son insertion dans le génome. Ces pseudogènes manquent de promoteur, les rendant inactifs.
Ces processus surviennent souvent après une duplication de gène ou suite à des recombinaisons inégales pendant la réplication de l'ADN (phase S).
137
Comment la recombinaison inégale peut-elle conduire à des duplications de gènes et à la formation de pseudogènes ?
Une recombinaison homologue incorrecte entre séquences répétitives (par exemple, SINEs non-alléliques) sur des chromosomes mal alignés peut provoquer des duplications.
Cette duplication crée une copie redondante d’un gène. Avec le temps, si cette copie n'est plus nécessaire, elle **accumule des mutations et devient un pseudogène**.
Ce processus peut se produire lors ou après la réplication de l'ADN et illustre la *perte de pression sélective sur une copie redondante*.
138
Comment les pseudogènes influencent-ils l'expression des gènes via les ARN interférents ? (pas important)
Les pseudogènes transcrits en ARN peuvent interagir avec les ARN messagers de gènes similaires, régulant ainsi leur traduction ou provoquant leur dégradation, notamment via des mécanismes impliquant siRNA ou miRNA.
139
Quel rôle les pseudogènes jouent-ils dans la compétition transcriptionnelle ? (pas important)
Les pseudogènes agissent en compétition avec des facteurs stabilisants ou des microARN, influençant indirectement l'expression du gène original.
140
Les pseudogènes peuvent-ils coder pour des protéines, et si oui, quel est leur rôle ? (pas important)
Certains pseudogènes peuvent encore produire des protéines, bien que leur rôle fonctionnel reste souvent sujet à débat.
141
Quels sont les mécanismes principaux par lesquels les pseudogènes régulent les gènes ? (pas important)
Ils utilisent des ARN interférents, participent à la compétition transcriptionnelle et, dans certains cas, produisent des protéines non fonctionnelles ou controversées.
