Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène

1. Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène stanislas.lyonnet@inserm.fr

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

3. 01_14.jpg

5. 1 / Situation d’une mutation

6. 2 / Nature d’une mutation : Mutations ponctuelles Vs. Mutations avec modification de taille Décalages de phase de lecture

7. 2 / Nature d’une mutation : Mutations avec modification de taille Vs. Mutations ponctuelles = 70 % mutations ponctuelles

8. 3- Effet d’une Mutation : Faux-Sens (ou petite délétion en phase) Vs. Mutations « Tronquantes » 16_01.jpg

9. 3 / Effet d’une mutation : Mutation faux-sens Vs. mutations « tronquantes » : = 45-50 %mutationstronquantes ( )

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

11. 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

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

13. 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 rs24695 rs58376 rs886983

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

15. 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

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

17. 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

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

19. Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène Hétérogénéité allélique

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

21. Amyotrophies Spinales Infantiles ( ) Délétion du gène SMNt

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

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

24. Une Maladie : de Multiples Mutations (hétérogénéité allélique)

25. Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène Mutation ou polymorphisme ?

26. 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)

27. 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 3 000 rs24695 rs58376 rs886983 CNV#457

28. 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)

29. Polymorphismes Génétiques • Allèles Fréquence Méthode • VNTRs / minisatellites N Southern-blot • STRs / microsatellites n1/6.000 pb PCR • Variation de nombre de copies n CGH • (CNV) • SNPs 21/500 pb PCR / puces dbSNP 4.9 millions Reference SNPs 3.0 millions validated RefSNPs 0.5 millions

30. 1 / Argument moléculaire : Nature de la variation nucléotidique

31. 2 / Arguments génétiques (1) : Ségrégation de la variation nucléotidique

32. 2 / Arguments génétiques (2) : Variation nucléotidique de novo • 2 / Arguments génétiques (3) : Absence de la variation chez les témoins

33. 3 / Argument phylogénique : Conservation du site muté entre espèces 19_14_2.jpg

34. 3 / Argument phylogénique : Conservation du site muté entre espèces

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

36. 3 / Argument phylogénique : Conservation du site muté entre espèces

37. 4 / Arguments fonctionnels : Anomalie d’expression du gène (ARNm) C m m

38. 4 / Arguments fonctionnels : Anomalie d’expression du gène (ARNm)

39. 4 / Arguments fonctionnels : Anomalie du produit du gène (bioch. etc..)

41. 5 / Arguments fonctionnels in vivo : Système modèle (animal) « Of mice and men » C-KIT mutation RET gene mutation

42. Introduction à la Pathologie Moléculaire du Gène Germinal ou mosaïque ?

43. 04_10.jpg

44. Mosaïque Somatique

45. Mosaïques Somatiques

46. Mosaïque Germinale