LES MUTATIONS Pr.B.AIT ABDELKADER CPMC

Introduction Les mutations sont des changements permanents dans le matériel génétique. Seuls les changements qui affectent l’information génétique contenue dans les cellules reproductrices d’un organisme sont appelés mutations des cellules germinales, se transmettront. Dans ce cas, l'embryon sera porteur de la mutation, alors qu'aucun des parents ne la possédait dans son patrimoine génétique. Ce type de mutation survient lors de la formation ou de la vie des gamètes d'un des deux parents (ovule ou spermatozoïde).

Introduction Les mutations qui se produisent dans les autres cellules d’un organisme pendant la durée de sa vie sont des mutations des cellules somatiques. Les générations futures n’héritent pas de mutations somatiques.

-La mutation C’est une modification de la séquence en nucléotides des acides nucléiques. Cette modification peut concerner 1 nucléotide et on parle de mutation ponctuelle ou plusieurs nucléotides. Elle peut aussi avoir lieu : Lors de la réplication ou de la transcription- dans ce cas, elle est surtout due à une erreur de l’ADN ou l’ARN polymerase (correction en général par la cellule) Hors de ces 2 phénomènes, on parle de mutation spontanée Les différents types de mutation : Substitution : remplacement d’1 nucléotide par 1 autre Insertion :C’est l’addition d’un nucléotide au sein de la séquence de l’acide nucléique Suppression ou délétion : C’est l’élimination d’un nucléotide ou plusieurs de la séquence de l’acide nucléique

Mécanismes des maladies héréditaires Anomalies du génome Mécanismes des maladies héréditaires I – Réarrangements ou Mutations de grande taille II - Mutations de petite taille III – Mutations dynamiques : expansions de triplets IV - Epimutations

I – Réarrangements de grande taille A) Délétion B) Duplication C) Inversion D) Conversion E) Insertion

II – MUTATIONS DE PETITE TAILLE A- Modification de l’ADN : sous l’effet d’agents physiques : 1- formation de dimères de thymine TpT 2- Ionisation de bases et coupures simple brin de l’ADN par rupture du D-ribose(RX ,RY) 3- désamination (chaleur) sous l’effet d’agents chimiques 1- Formation de lésions oxydatives par ERO (espace réactive oxygène) 2- Addition de molécules exogènes qui créent des distorsions de l’ADN.

B- lesions endogènes sans agents exogènes 1- Erreurs de fidélité de l’ADN polymérase lors de la replication 2- Dépurination 3- Désamination. des cytosines méthylées (metC  T sur le brin sens et G  A sur l’antisens) Transition : purine  purine pyrimidine  pyrimidine Transversion : purine  pyrimidine 4-Erreurs de méthylations ( CpG)

Substitution de nucléotides Un nucléotide qui est remplacé par un autre et qui n’a pas d’effet sur le métabolisme cellulaire est une mutation silencieuse. Les effets sont en général mineurs car on ne change qu’un nucléotide mais l’acide aminé reste identique. La protéine demeure fonctionnelle.

GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu La séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous. GUU – CAU – UUG – ACC – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu Cette mutation est silencieuse car le changement apporté à la séquence nucléotidique n’a pas d’effet sur le produit polypeptidique

Substitution de nucléotides Une substitution peut amener la formation d’un produit protéinique légèrement transformé mais toujours fonctionnel. Les mutations qui donnent ces protéines modifiées s’appellent mutations à contresens. Cependant, ce genre de mutation peut amener un mauvais fonctionnement de la protéine.

GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GUA – GAA val his leu thr pro val glu Il s’agit d’une mutation à contresens, car elle entraîne l’insertion dans la chaîne polypeptidique de l’acide aminé de la valine à la place du glutamate.

Substitution de nucléotides Les effets sont encore plus graves si la mutation est non-sens. Ceci se produit quand un changement de la séquence codante d’un gène efface un signal initiateur ou elle insère un signal de terminaison. Le polypeptide devient ainsi non fonctionnel.

GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu GUU – CAU – UAG val his stop Cette substitution entraîne une mutation non-sens en changeant le codon pour l’acide aminé de la leucine pour un codon de terminaison prématuré. Ce gène ne produira pas de polypeptide fonctionnel.

Décalage des nucléotides Il y a insertion ou suppression d’un ou deux nucléotides. Ceci modifie toute la séquence des codons. Les effets sont plus graves car cela amène souvent une mutation non-sens, ce qui empêche le gène de coder un produit polypeptidique fonctionnel. L’insertion ou la suppression de nucléotides modifient l’ensemble du cadre de lecture du gène.

GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu La séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous. GUU – CAU – GUU – GAC – UCC – CGA – AGA A val his val ala ser arg arg L’insertion d’un seul nucléotide, dans ce cas la guanine, entraîne une mutation par décalage de la séquence.

GUU – CAU – UUG – ACU – CCC – GAA – GAA val his leu thr pro glu glu La séquence codante normale, avec les codons dans la rangée supérieure et les acides aminés correspondants au-dessous. A GUU – CAU – UUG – CUC – CCG – AAG – AA val his leu leu pro lys La suppression d’un seul nucléotide, dans ce cas l’adénine, entraîne aussi une mutation par décalage de séquence.

MUTATION FAUX -SENS p.Glu6Val

– Délétion d’un codon

– Mutations au niveau d’un site d’épissage EXON EXON INTRON 5’ GTT CTT GGA GAA GGT GTACTTGGATCCTGAAAG GAG GTG AAG 3’ val leu gly glu gly glu val lys GT : site donneur AG : site accepteur 5’ GTT CTT GGA GAA GGT TTA CTT GGA TCC TGA AAG GAG GTG AAG 3’ val leu gly glu gly leu leu gly ser stop lys glu val lys

Classification des maladies à amplification de triplets Les maladies à expansion de triplets non codants expansions de grande taille instabilité élevée phénotype : atteinte multisystémique de nombreux organes les manifestations cliniques sont variables dans une même famille du fait d’une hétérogénéité somatique la nature de la séquence répétée est variable suivant les pathologies CGG, CTG, CAA

Exemple : syndrome du X fragile Amplification de triplets CGG dans la région 5’UTR du gène FMR1 sujet N 5 à 50 CGG sujet prémuté 59 à 200 CGG sujet muté > 200 CGG + hyperméthylation entraînant une diminution d’expression du produit du gène et une perte de fonction. Les garçons sont principalement touchés

IV – EPIMUTATIONS (Pathologie de l’épigénétique) Anomalies de méthylation Anomalies de l’empreinte génomique Exemple : Syndrome de Beckwith-Wiedemann PraderWilli Angelman

Empreinte parentale Le syndrome de Prader-Willi et le syndrome d’Angelman sont associés à des délétions en 15q12 qui contient deux domaines adjacents mais opposés ayant subit une empreinte . La perte d’expression du domaine paternel entraine un PWS et celle du domaine maternel un AS

Région 15q11-q13 Syndrome d’Angelman Syndrome de Prader-Willi 1/10000 1/20000 Retard psychomoteur Retard de langage et d’apprentissage Comportement alimentaire impulsif Hypotonie Hypogonadisme Déficit mental sévère Langage absent Aspect joyeux, rires immotivés Ataxie, motricité saccadée Épilepsie Cause : perte de fonction du gène UBE3A (expression maternelle) Del 15q11 maternelle (70%) disomie uniparentale paternelle (2%) Mutations dans UBE3A (20%) Mutations du centre d’empreinte (<5%) Causes : perte de fonction des gènes PWS (expression paternelle) Del 15q11 paternelle (70%) disomie uniparentale maternelle (25%) Mutations du centre d’empreinte (<5%)

LA REPARATION

DIFFERENTS TYPES DE REPARATION 1- Réversion directe de l’altération 2- Excision Réparation Réparation des mésappariements MMR Réparation par excision de bases BER Réparation par excision de nucléotides NER 3 - Réparation des double- brins

Types de réparation 1- Réversion directe de l’altération - Dimères de pyrimidine : Action de la photolyase - Méthylation des guanines : action d’une enzyme spécifique

Types de réparation 2- Excision / Réparation Principe : ADN double brin – les 2 brins contiennent la même information 1 seul brin endommagé excisé remplacé en utilisant le brin intact comme matrice Réparation des mésappariements MMR Réparation par excision de bases BER Réparation par excision de nucléotides NER

1 Réparation des mésappariements CHEZ E - COLI - Mut S reconnaît le mésappariement - Fixation de Mut L qui stabilise Mut H repère un site méthylé proche de la mutation - Excision puis réparation

Excision Réparation 2- Réparation par excision de bases BER

3- Réparation par excision de nucléotides NER Modèle E.Coli

Xeroderma pigmentosum Syndrome de Cockayne

1- Réversion directe de l’altération 2- Excision Réparation Réparation des mésappariements Réparation par excision de bases BER Réparation par excision de nucléotides NER 3 - Réparation des double- brins

 Le système SOS chez E-coli Le système SOS regroupe un ensemble de gènes (env. 30) qui est impliqué dans la réplication de l’ADN, dans la réparation de l’ADN et dans la division cellulaire et dont l’expression est contrôlée par une même protéine. ces différents gènes participant au système SOS forment un régulon .

Mécanismes de réparation eucaryote le mécanisme de réparation eucaryote a des analogies avec E-Coli. dans différents types de la réparation : réversion directe du dommage, le système BER, le système NER, la réparation des mésappariements, la réparation par recombinaison. Chez les eucaryotes il n’y a pas d’équivalent du système SOS;