Fiche de révision : Introduction à la génétique moléculaire

📋 Plan du Cours

1. Nucléotides et liaisons
2. Principes de la réplication
3. Enzymes et terminaison de réplication
4. Lésions de l’ADN et corrections
5. Réparations de l’ADN
6. Génome et séquençage de Sanger
7. Gènes codants et pseudogènes
8. Séquences répétées et transposons
9. Génome mitochondrial et nucléaire

📖 1. Nucléotides et liaisons

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Un nucléotide est une unité de base des acides nucléiques formée d’une base azotée, d’un sucre pentose et d’un ou plusieurs groupements phosphate.
• Base purique : Une base purique est un type de base azotée dérivé de la purine, utilisée dans la composition des nucléotides de l’ADN et de l’ARN.
• Base pyrimidique : Une base pyrimidique est un type de base azotée dérivé de la pyrimidine, utilisée dans la composition des nucléotides de l’ADN et de l’ARN.
• Liaison béta-osidique : Une liaison béta-osidique relie la base azotée au sucre du nucléotide dans les acides nucléiques.
• Phosphoester : Une liaison phosphoester relie le sucre au premier phosphate du nucléotide lors de la formation de la chaîne.

📝 Points essentiels

• L’assemblage base-sucre se fait par une liaison béta-osidique, puis base-chaîne phosphates par des liaisons phosphoester et anhydres.
• Les liaisons anhydres entre phosphates sont des liaisons à hautes énergies.
• Les bases de l’ADN/ARN sont aromatiques et hétérocycliques, avec des plans qui s’empilent.
• Le caféine est une base purique méthylée trouvée à l’état libre dans la cellule.

💡 Astuce mémo

Base = Purine/Pyrimidine ; Sucre = Pentose ; Chaîne = béta-osidique puis phosphoester puis anhydres à haute énergie.

📖 2. Principes de la réplication

🔑 Notions clés & Définitions

• Réplication semi conservative : La réplication semi conservative conserve un brin parental et synthétise un brin nouveau pour former une double hélice hybride puis deux ADN.
• Réplication bidirectionnelle : La réplication bidirectionnelle progresse à partir d’un point d’initiation vers deux directions opposées.
• Réplication polarisée : La réplication polarisée implique une synthèse du nouvel ADN selon une orientation fixe le long du brin matrice.
• Complémentarité des bases : La complémentarité des bases indique que l’appariement se fait entre nucléotides selon des correspondances de types A-T et C-G pour l’ADN.
• Réplicon : Un réplicon est une unité fonctionnelle permettant l’initiation puis la progression de la réplication de l’ADN.

📝 Points essentiels

• La synthèse de l’ADN est polarisée, bidirectionnelle et semi conservative.
• Le modèle des réplications met en avant la complémentarité des bases dans la formation des brins.
• La réplication est décrite avec des notions de réplication, réplicon et réplisome.
• Le cours oppose des modèles procaryotes et eucaryotes.

💡 Astuce mémo

Semi-conservative : un ancien brin reste, un nouveau se construit ; Bidirectionnelle : deux sens à partir du même point.

📖 3. Enzymes et terminaison de réplication

🔑 Notions clés & Définitions

• Boucles de réplication : Les boucles de réplication sont des structures associées à l’organisation du déroulement de la réplication au niveau du site d’initiation/élongation.
• Télomères : Les télomères sont des extrémités spécialisées des chromosomes dont la longueur peut diminuer à chaque cycle de réplication sans mécanisme de compensation.
• Télomérase : La télomérase est une enzyme qui limite la réduction de la taille des télomères lors de la réplication.
• Topoisomérase : La topoisomérase est une enzyme de la réplication qui intervient avant et pendant l’élongation pour traiter les contraintes de surenroulement.
• RPA : La RPA est une protéine se liant à l’ADN simple brin lors de la préparation de la réplication et de la progression des fourches.

📝 Points essentiels

• La préparation de l’initiation de la réplication mobilise plusieurs enzymes dont topoisomérase, RPA, polymérases et anneau PCNA.
• Les polymérases mentionnées incluent la polymérase alpha primase et les polymérases avec l’anneau PCNA.
• La terminaison fait intervenir des boucles de réplication associées aux fins de molécules.
• La télomérase empêche la réduction de la taille des télomères.

💡 Astuce mémo

Télomères = risque de raccourcissement ; Télomérase = garde leur taille.

📖 4. Lésions de l’ADN et corrections

🔑 Notions clés & Définitions

• Mésappariement (mismatch) : Un mésappariement est un appariement de bases nucléotidiques qui ne respecte pas les règles normales A-T et C-G.
• INDEL : Un INDEL est un type de mésappariement impliquant des boucles d’insertion-déletion qui empêchent l’appariement de certaines bases.
• Tautomérisation des bases : La tautomérisation est un changement de forme chimique d’une base qui peut favoriser un mauvais appariement pendant la réplication.
• Désamination spontanée : La désamination spontanée est une perte du groupe NH2 d’une base par hydrolyse, pouvant créer un mismatch après réplication.
• Réplication des STR : Les STR sont des courtes séquences répétées en tandem dont la réplication peut provoquer des erreurs par dérapage réplicatif.

📝 Points essentiels

• Un mésappariement n’est pas une mutation obligatoire car une réparation peut rétablir la séquence avant la réplication suivante.
• Les désaminations des cytosines donnent U, entraînant des mismatches G-U, et la 5-méthylcytosine désaminée donne T, entraînant T-G.
• Le dérapage réplicatif sur STR favorise des boucles INDEL et peut conduire à une expansion ou contraction d’une suite nucléotidique.
• La tautomérisation des bases favorise particulièrement les mésappariements simples pendant la réplication.
• Les causes des mésappariements incluent erreurs de réplication (≈1 pb), tautomérisation et désamination spontanée.

💡 Astuce mémo

Mismatch = chimie qui trompe : tautomères + désamination ; puis réparation ou mutation si non corrigé avant la prochaine réplication.

📖 5. Réparations de l’ADN

🔑 Notions clés & Définitions

• Mismatch repair (MMR) : Le MMR est une réparation post-réplicative qui corrige des mésappariements après la réplication pour augmenter fortement la fidélité.
• BER : La BER est une réparation par excision de bases qui supprime des bases anormales et permet une resynthèse correcte du brin.
• NER : La NER est une réparation par excision de nucléotides utilisée surtout pour les lésions qui déforment fortement l’ADN comme les dimères de thymine.
• SSBR : La SSBR est la réparation des cassures d’ADN simple brin, associée au type d’anomalies présentes sur un seul brin.
• DSBR : La DSBR est la réparation des cassures d’ADN double brin via des mécanismes comme la recombinaison homologue ou la jonction d’extrémités non homologues.

📝 Points essentiels

• Le principe général des réparations suit une séquence : détection, préparation/recrutement, incision ou excision, resynthèse puis ligation.
• La correction des mésappariements est assurée par exonucléase des ADN polymérases delta et epsilon qui corrigent 99% des mismatches initiaux.
• Le MMR corrige ensuite en post-réplicatif avec une fidélité multipliée par 100 par rapport à la réplication seule.
• Le BER corrige quantitativement le plus de lésions et cible des petites lésions comme oxydation, désamination et alkylation.
• Pour les cassures doubles brins, la DSBR utilise recombinaison homologue (HR) et jonction d’extrémités non homologues (NHEJ).
• MGMT réalise une réversion spécifique de la lésion sans excision/incision d’ADN.

💡 Astuce mémo

MMR = post-réplicatif ; BER = petites lésions des bases ; NER = grosses déformations (UV/dimères) ; DSBR = double brin (HR ou NHEJ).

📖 6. Génome et séquençage de Sanger

🔑 Notions clés & Définitions

• Sanger : Le séquençage de Sanger est une méthode utilisant des didésoxynucléotides fluorescents pour générer un ensemble de fragments de tailles différentes.
• Didésoxynucléotide (ddNTP) : Un ddNTP est un nucléotide terminé qui bloque l’allongement car il manque le groupement hydroxyle requis pour poursuivre la synthèse d’ADN.
• Electrophorèse : L’électrophorèse sépare des fragments d’ADN selon leur taille et permet d’identifier les ddNTP terminaux incorporés.
• Amorces (20 nt) : Dans Sanger, les amorces sont des oligonucléotides d’environ 20 nucléotides complémentaires d’un fragment connu à amplifier/séquencer.
• Gradient de migration : Le gradient de migration correspond au fait que les fragments plus courts migrent plus vite et arrivent plus tôt vers le pôle positif.

📝 Points essentiels

• La réaction Sanger utilise 4 dNTP non marqués en excès (1%) et 4 ddNTP chacun marqué par un fluorochrome différent.
• L’absence d’hydroxyle en 3’ des ddNTP stoppe la synthèse, générant des fragments de tailles différentes.
• Le mélange est ensuite analysé par électrophorèse, où les fragments les plus courts migrent en premier vers le pôle positif.
• Les amorces d’ADN sont de 20 nt et dépendent de séquences complémentaires d’un fragment connu.
• Parmi les propositions, une conséquence directe Sanger est que les ddNTP bloquent l’allongement via l’absence d’OH sur le carbone 5’.

💡 Astuce mémo

Stop = ddNTP (pas d’OH 3’) ; Cour = courte chaîne d’abord : fragments courts arrivent en premier.

📖 7. Gènes codants et pseudogènes

🔑 Notions clés & Définitions

• Exon : Un exon est une séquence d’ADN conservée après maturation de l’ARN et pouvant être incluse dans l’ARNm final.
• Intron : Un intron est une séquence d’ADN présente dans le transcrit primaire mais éliminée lors de la maturation de l’ARN.
• Gène codant : Un gène codant est une portion d’ADN dont l’expression produit un ARN fonctionnel puis, selon le cas, une protéine.
• Pseudogène : Un pseudogène est un gène devenu désactivé au cours de l’évolution suite à des mutations inactivatrices.
• Rétrotransposition : La rétrotransposition est un mécanisme d’insertion d’ADN à partir d’un ARNm mature, souvent sans intron dans le nouvel élément.

📝 Points essentiels

• Les introns sont plus longs que les exons (en ordre de grandeur 2500 pb vs 150 pb) dans le modèle présenté.
• Les gènes codants se distinguent par des séquences conservées après maturation, alors que les introns sont éliminés.
• Un pseudogène peut être maturé, non maturé ou unitaire selon l’histoire d’inactivation et la structure décrite.
• Les pseudogènes unitaires peuvent provenir d’une rétrotransposition d’ARNm mature sans intron.
• Les pseudogènes peuvent aussi résulter de duplications directes conservant la forme ADN double brin avec introns.

💡 Astuce mémo

Intron = enlevé ; Exon = gardé ; Pseudogène = gène rendu muet par mutations, parfois via rétrotransposition.

📖 8. Séquences répétées et transposons

🔑 Notions clés & Définitions

• Short Tandem Repeat (STR) : Les STR sont de courtes séquences d’ADN répétées en tandem dont la taille varie souvent d’un individu à l’autre.
• VNTR : Un VNTR est une séquence répétée en tandem dont le nombre de copies varie et sert en pratique à l’identification génétique.
• Micro satellite (STR) : Les microsatellites sont des STR répartis dans l’euchromatine et associés à des maladies par instabilité du nombre de répétitions.
• Eléments transposables : Les éléments transposables sont des fragments d’ADN potentiellement mobiles, parfois d’origine virale et associés à des gènes sauteurs vestiges.
• LINE-1 : LINE-1 désigne de longues séquences répétées capables d’être potentiellement autonomes pour mobiliser d’autres éléments.

📝 Points essentiels

• Les STR sont des séquences répétées en tandem (microsatellites) et leur réplication peut échouer par dérapage réplicatif.
• Les VNTR ont une utilité médico-légale et médicale pour tests de paternité et recherche de contamination maternelle.
• Les microsatellites/STR peuvent provoquer des maladies par mutations instables via expansion anormale de trinucléotides (ex : X fragile, chorée de Huntington).
• Les transposons sont décrits comme actuellement inactifs, assimilés à des séquences fossiles.] ,
• memoryHook':'STR =
• ' } ,{

📖 9. Génome mitochondrial et nucléaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Microsatellites : Les microsatellites sont des STR uniformément dispersés dans l’euchromatine et liés à des expansions instables de répétitions.
• SINE : Les SINEs sont des séquences courtes non autonomes, mobilisables grâce aux machineries fournies par des LINEs.

📝 Points essentiels

• Les STR (microsatellites) sont à l’origine de polymorphismes quand leur nombre de répétitions varie d’un individu à l’autre.
• Les VNTR sont utilisés en police scientifique pour crimes et délits, tests de paternité et recherche de contamination maternelle en prélèvement fœtal.
• Les microsatellites/STR peuvent causer des maladies à mutations instables via expansion anormale de trinucléotides (chorée de Huntington, X fragile).
• Les transposons actuels sont décrits comme inactifs, assimilés à des vestiges fossiles du génome.
• Les SINEs ne sont pas autonomes mais peuvent être mobilisées par les éléments LINE-1, avec un exemple majeur de SINE : les séquences Alu (≈300 pb répétées ~1 million de fois).
• Les retrotransposons avec LTR comportent des ORF1 et ORF2 et incluent des Human Endogenous RetroViruses, transmis génération après génération puis inactivés.

💡 Astuce mémo

VNTR/STR = longueur variable ; STR instable = expansions ; LINE fournit la mobilité aux SINE.

📊 Tableaux de synthèse

Génome nucléaire vs génome mitochondrial

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre mésappariement et mutation : un mésappariement peut être réversible par réparation et n’est pas forcément héritable.
2. Croire que les télomères sont stabilisés sans enzyme : le cours indique que la télomérase empêche la réduction de leur taille.
3. Mélanger BER et NER : BER cible surtout petites lésions de bases, alors que NER vise des lésions étendues/déformantes comme les dimères UV.
4. Inverser nucléotide bloquant et polymérase : ce sont les ddNTP qui bloquent la synthèse par absence d’OH 3’, pas un manque d’amorce ARN générique.
5. Penser que tous les éléments répétés codent des protéines : la fiche distingue transposons vestiges et grandes fractions non codantes.
6. Confondre brins L et H du mitochondrial : le brin H est celui décrit comme riche en guanosines et porteur de la majorité des gènes mitochondriaux.

✅ Checklist Examen

1. Savoir décrire un nucléotide et ses liaisons clés (béta-osidique, phosphoester, anhydres à hautes énergies).
2. Connaître les bases A-T et C-G comme règle de complémentarité pour l’appariement des bases.
3. Définir et distinguer réplication polarisée, bidirectionnelle, semi conservative et asymétrique.
4. Nommer les étapes de la réplication : préparation, élongation et terminaison.
5. Citer les enzymes de la préparation mentionnées (topoisomérase, RPA, polymérases, anneau PCNA).
6. Savoir le rôle de la télomérase dans la prévention du raccourcissement des télomères.
7. Différencier mésappariements simples et INDEL, et relier les STR au dérapage réplicatif.
8. Décrire au moins deux causes de mismatches : erreur de réplication, tautomérisation, désamination spontanée.
9. Expliquer pourquoi un mésappariement n’est pas forcément une mutation durable (réversibilité par réparation avant la prochaine réplication).
10. Connaître le principe général des réparations en 5 étapes (détection, recrutement, incision/excision, resynthèse, ligation).
11. Associer les grandes catégories de réparation aux lésions : MMR (mismatches post-réplicatifs), BER (petites lésions de bases), NER (grosses lésions/dimères), SSBR/DSBR (cassures simples/doubles brins).
12. Savoir les paramètres essentiels de Sanger : amorces ~20 nt, ddNTP fluorescents, stop par absence d’OH 3’, et migration des fragments courts en premier vers le pôle positif.
13. Définir exon et intron, avec l’ordre de grandeur introns plus longs que exons (2500 pb vs 150 pb).
14. Définir pseudogène et distinguer ses origines décrites : rétrotransposition d’un ARNm mature sans intron et duplication directe avec introns.