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Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène Portrait robot d’un gène eukaryote et bases moléculaires des maladies génétiques

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1 / Situation d’une mutation

2 / Nature d’une mutation : Mutations ponctuelles Vs. Mutations avec modification de taille Décalages de phase de lecture

2 / Nature d’une mutation : Mutations avec modification de taille Vs. Mutations ponctuelles = 70 % mutations ponctuelles

3- Effet d’une Mutation : Faux-Sens (ou petite délétion en phase) Vs. Mutations « Tronquantes » 16_01.jpg 16_01.jpg

= 45-50 % mutations tronquantes 3 / Effet d’une mutation : Mutation faux-sens Vs. mutations « tronquantes » : = 45-50 % mutations tronquantes ( )

Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène Génome humain : un paysage complexe … et donc la possibilité de mutations de genres nouveaux

Génome Humain : Bien Moins de Gènes qu’Attendu (Espéré ?) Assembly: NCBI Ensembl, Mar 2006 Gènes connus : 21.206 Gènes prédits : 2.135 Gènes (total) : 23.341 Pseudogènes : 719 Gènes à ARN : 1.430 Transcrits géniques : ++++++ 1940 : 100.000 1950 : 80.000 1990 : 50.000 2000 : 30.000 2006 : 23.000 2008 : 20.500 2010 : …/… 1/ Mais, très grandes difficultés pour « définir » un gène : - limites 5’ et 3’ - transcrits multiples +++ - complexité et distance des zones régulatrices

Complexité des Gènes à produits Multiples 10_15.jpg 10_15.jpg

2/ Le Paysage Génomique « Moyen » est désert …. Génome Humain 2/ Le Paysage Génomique « Moyen » est désert …. 100 kb gene nr 24680 Gène moyen 27 000 Variants communs >0.05 ; 6 000 K Each genotype category, SNPs, CNVs, STRs costs genomewide about 1000 Euros STRs only occur every 10th 100kb stretch (assuming 3000 STRs genomewide, which is the SUPER Decode set rs24695 rs58376 rs886983

Génome Humain : Désert mais Irrégulièrement Peuplé Distribution de Gènes : « Déserts et Cités » Chromosome 22 humain Des zones de régulation génique partagées ?

> 50% de séquences répétées Séquences codantes ~1.5% Génome Humain :  Désert et Monotone > 50% de séquences répétées Séquences codantes ~1.5% Régions intergéniques : 70-75% International HG Sequencing Consortium, Nature 2001, 409:860-921

3/ Importance des Régions Non Codantes de l’ADN = coding sequences Human 58% 98% Mouse 55% Fruitfly 60% 71% Worm 59% 56% Yeast 70% 0.6% Known or predicted transcribed Noncoding percent of transcription Human 7Mb 100Mb 130Mb 2.6Gb 2.9Gb

De Nouvelles Séquences Non Codantes d’Intérêt Exemple : Gènes à microARN ARNs non codants de ~22-nucleotides Contrôlent l’expression de gènes (post-transcriptionnel) De structure caractéristique (“stem-loop”) 400-450 gènes à miARN dans le génome

10_23_2.jpg Génome Humain (4) : Complexité de la Régulation Génétique (4)Et aussi : micro-ARN, séquences conservées non géniques, etc…

Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène Hétérogénéité allélique

Drépanocytose (anémie falciforme) : Hémoglobine S (« sickle ») Bêta-6 Glu/Val - GAG / GTG au codon 6 du gène de la chaîne -globine

Amyotrophies Spinales Infantiles ( ) Délétion du gène SMNt

Homogénéité allélique absolue au locus FGFR3 pour l’achondroplasie : Mutation G3805 (GGG …. AGG)

Hétérogénéité Allélique : Une Maladie, un Locus, de Multiples Allèles Mutants

Une Maladie : de Multiples Mutations (hétérogénéité allélique)

Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène Mutation ou polymorphisme ?

Variations de Séquence ADN : Mutation ou Polymorphisme ? 1/ Arguments moléculaires : Nature et situation : mutations « tronquantes »  Vs. faux-sens 2/ Arguments génétiques : - Ségrégation familiale - Variation de novo ou héritée - Étude de témoins 3/ Argument de génomique comparative (phylogénie) : - Conservation du domaine protéique entre espèces - Conservation dans la famille protéique 4/ Arguments fonctionnels in vitro : Tests fonctionnels : cellulaire, biochimique, immunologique, ... 5 / Arguments fonctionnels in vivo : Modèle animal (spontané ou expérimental)

Le Paysage Génomique « Moyen » est Très Variable (polymorphe) Génome Humain Le Paysage Génomique « Moyen » est Très Variable (polymorphe) 100 kb gene nr 24680 Gène moyen 27 000 Variants communs >0.05 ; 6 000 K CNVs 3 000 STRs rs24695 rs58376 rs886983 Each genotype category, SNPs, CNVs, STRs costs genomewide about 1000 Euros STRs only occur every 10th 100kb stretch (assuming 3000 STRs genomewide, which is the SUPER Decode set CNV#457

Mutations et Polymorphismes de l’ADN Mutation : changement stable (permanent) et héritable de la séquence d’ADN Variations anormales : mutations Variations normales : polymorphismes Polymorphisme : variation stable de la séquence d’ADN héritable sur un mode mendélien, en général co-dominant trouvée à une fréquence égale ou supérieure à 1% (en dessous, on parle de variant rare)

Polymorphismes Génétiques Allèles Fréquence Méthode VNTRs / minisatellites N Southern-blot STRs / microsatellites n 1/6.000 pb PCR Variation de nombre de copies n CGH (CNV) SNPs 2 1/500 pb PCR / puces dbSNP 4.9 millions Reference SNPs 3.0 millions validated RefSNPs 0.5 millions

1 / Argument moléculaire : Nature de la variation nucléotidique

2 / Arguments génétiques (1) : Ségrégation de la variation nucléotidique

2 / Arguments génétiques (2) : Variation nucléotidique de novo 2 / Arguments génétiques (3) : Absence de la variation chez les témoins

3 / Argument phylogénique : Conservation du site muté entre espèces 19_14_2.jpg 19_14_2.jpg

3 / Argument phylogénique : Conservation du site muté entre espèces

Conservation Phylogénique Hors Régions Codantes SNP IVS-1 C/T (+ 9.7 / 23.3 kb)

3 / Argument phylogénique : Conservation du site muté entre espèces

4 / Arguments fonctionnels : Anomalie d’expression du gène (ARNm) C m m

4 / Arguments fonctionnels : Anomalie d’expression du gène (ARNm)

4 / Arguments fonctionnels : Anomalie du produit du gène (bioch. etc..)

5 / Arguments fonctionnels in vivo : Système modèle (animal) « Of mice and men » C-KIT mutation RET gene mutation

Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène Germinal ou mosaïque ?

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Mosaïque Somatique

Mosaïques Somatiques

Mosaïque Germinale