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B) L’ADN répétitif : 1. Séquences fonctionnelles : Certaines unités génétiques

B) L’ADN répétitif : 1. Séquences fonctionnelles : Certaines unités génétiques fonctionnelles sont présentes en de multiples exemplaires. Elles comprennent les classes suivantes : * Famille de gènes dispersés * Répétition en tandem des familles de gènes * Séquences fonctionnelles non codantes a) Séquences fonctionnelles codantes *Famille de gènes dispersés : De nombreux gènes codants des protéines appartiennent à des familles de gènes apparentés, dispersés dans tout le génome . Le nombre de gènes dans une famille peut être limité ou très élevé : - L’ovalbumine est codée par une famille de 3 gènes - Les histones sont codées par des familles contenant de 100 à 1000 gènes Les séquences exactes d’ADN des gènes à l’intérieur d’une m^me famille peuvent diverger. Ces gènes homologues distincts peuvent remplir des fonction légèrement différentes les unes des autres voire devenir nn fonctionnels pour certains, donnant naissances à des pseudogènes non transcrits. * Répétition en tandem des familles de gènes : Les cellules ont besoin de certains produits de gènes en grande quantité comme ceux des gènes codant les composants de la transcription. Ces gènes ont évolués en famille répétées en tandem. Exemples : - Organisateur nucléolaire : répétitions en tandem des gènes d’ARN ribosomal atteignant chez l’homme environs 250 copies. - Gènes des ARNt : chez l’homme il existe environ 50 sites Kiique correspondant aux différents types d’ARNt, chaque site contenant entre 10 et 100 copies - Gènes des histones Les multiples copies de ces répétitions en tandem sont identiques ce qui suggère la présence d’un mécanisme de conservation des membres de la séquence. b) Séquences fonctionnelles non codantes Les télomères contiennent des répétitions en tandem de séquences simples d’ADN qui ne codent aucun ARN ni prot mais ont néanmoins une fonction définie. Les répétitions télomériques servent à résoudre un problème fonctionnel inhérent à la réplication des molécules linéaires d’ADN. Au niveau du télomère, au-delà d’un certain endroit du brin retardé (extrémité 3’) le système d’amorce d’ARN ne peut plus fonctionner. Il n’y a aucun moyen d’initier la réplication au niveau du dernier fragment du brin tardif, ce qui laisse une région non répliquée qui devrait conduire à un chromosome plus court, de 50 à 200 pb. La réplication du brin tardif implique qu’une partie (en noir) soit absente du brin néosynthétisé. Toutefois, une enzyme appelée télomérase ajoute des unités répétées simples aux extrémités. Chez les vertébrés, il s’agit de la séquence (5’TTAGGG3’)n. La longueur des télomères varie selon les chromosomes et l’espèce mais fluctue entre la centaine et la dizaine de milllier de pb. Les télomères vont permettre, outre d’assurer la réplication complète de l’ADN, de protéger l’extrémité du chromosome en évitant qu’ils ne soient considérés comme des cassures d’ADN. Plus spécifiquement, ceci évite la dégradation ou la fusion des extrémités des chromosomes. Ils permettent également de positionner le K dans le noyau. 2. Séquences répétitives sans fonction connue : Certains ADN répétés n’ont pas de fonction connue. Cet catégorie comporte des séquences d’ADN qui ont en général un nombre de copies bien plus élévé que les familles de gènes fonctionnels. La taille globale de cette classe est surprenante : environ 50 % du génome humain est constitué de séquences répétitives non fonctionnelles d’un type ou d’un autre. Différents types de répétitions existent dans le génome : * Les répétitions en tandem en nombre variable : - L’ADN hautement répétitif encadrant le contromère ou ADN satellite - ADN minisatellite - ADN microsatellite * Les séquences transposées : - Les transposon à ADN - Les transposons à ARN ou rétrotransposons *Les répétitions géantes : - Les répétitions segmentaires - Hyperploïdie et polyploïdie * Les répétitions génériques : - Les répétitions intrachromosomiques directes - Les répétitions dispersées a) Répétition en tandem en nombre variable : Chez de nombreux organismes, certains segments d’ADN sont répétés en tandem à des positions précises. Le génome humain comporte de nombreuses séquences courtes différentes dispersées dans l’ensemble du génome, chacune étant réppétée de multiple fois en tandem. Le nombre de ces unités répétées est variable, d’une dizaine à plus de cent, d’où l’appellation VNTR pour « Variable Number of Tandem Repeats » Ces répétitions de séquences courtes peuvent également être désignées sous le terme collectif de répétitions de séquences simples, SSR pour "Simple Sequence Repeats". La densité des SSR est plus élevée chez les eucaryotes. Une des principales caractéristiques de ces SSR est leur taux élevé de modifications ou instabilité = perte ou gain d'unité(s) conduisant a la contraction ou l'expansion de la séquence. Ces répétitions sont très nombreuses et retrouvées dans tout le génome. Elles représentent environ 3% du génome humain, avec ne moyenne 1 SSR tous les 2 kpb, 0,5% provenant des répétitions de dinucléotides (85% AC ou AT). Ces répétitions multicopies en tandem (répétitions satellites) forment une super-famille de répétitions où peuvent se dessiner au moins trois classes. Ces dernières se distinguent par : * la taille de l’unité répétée en tandem plusieurs fois, * le nombre de répétitions du motif répété, * la localisation sur le chromosome Les 3 classes de répétitions : * ADN satellite : longues séries de répétitions en tandem, région d’hétérochromatine G * ADN minisatellite : séries de longueur modérée de répétitions en tandem sur chromosomes autosomaux * ADN microsatellite : segments de longueur courte (di-, tri- ou tétra- nucléotidiques), très nombreux et retrouvés dans tout le génome. Le plus souvent : (A)n, (CA)n, (CT)n, avec n = nombre de répétitions (5-20) * L ‘ADN hautement répétitif encadrant le centromère ou ADN satellite : Lorsque l'ADN génomique est centrifugé dans un gradient de densité de chlorure de césium, une bande "satellite" apparait souvent en une position différente de celle de la bande principale d'ADN. Cet ADN satellite est constitué de multiples répétitions en tandem de courtes séquences nucléotidiques de 14 a 500 pb, qui peuvent s'étendre sur des centaines de kilobases de long. La majeure partie de cet ADN satellite se trouve dans les régions d'hétérochromatine qui sont des régions très compactes encadrant les centromères. * ADN minisatellite : L'ADN minisatellite représente une classe particulière de répétitions en tandem qui est présente en nombre variable au niveau de locus distincts ou d'organismes différents. Chez l'homme, les locus de ces VNTR sont des séquences de 1 a 5 kb, comportant un nombre variable d'unité d base longue de 15 a 100 nucléotides. Il existe des minisatellites ayant la même unité répétée mais un nombre différent de répétitions. Chez l'homme, la plupart des minisatellites sont situées dans les régions subtélomériques. Le taux d'instabilité des minisatellites varie d'un génome a l'autre (ex : instabilité moins élevée dans le génome de Mus musculus que dans celui de Homo sapiens). Les minisatellites ne sont pas des répétitions strictes dune même unité. Les multiples copies de l'unité de base constituant le minisatellite présentent des différences de séquences. *ADN microsatellite : Les microsatellites sont les plus simples répétitions rencontrées dans les génomes. Elles sont constituées d'un motif très simple, de 2 a 11pb, et sont répétées en tandem des dizaines de fois, c'est-à-dire pour atteindre une séquence de quelques centaines de bases de bases de long. Le plus souvent (A)n, (CA)n, (CT)n avec n = nombre de répétitions (5-20). L'abondance des différents microsatellites est variable. Les répétitions de dinucléotides sont beaucoup plus fréquentes que les répétitions trinucléotidiques. Et parmi les répétitions de dinucléotides, certaines répétitions comme 5'-AC-3' ou 5'-AT-3' sont beaucoup plus rependues que d'autres, tel que 5'-GC-3'. Le polymorphisme porte sur la taille du microsatellite. Le modèle théorique le plus simple pour expliquer le polymorphisme des microsatellites est d'envisager une variation de longueur par addition ou délétion d'une ou de plusieurs unités de répétition ("stepwise mutation model") causée par un dérapage réplicatif. En raison de la variabilité du nombre de répétitions en tandem d'une personne a l'autre, le profil est spécifique de chaque individu. Pour chaque individu, on peut donc établir un profil génétique qui est l'ensemble des allèles présents aux différents locus étudiés. On réalise ainsi le "génotypage d'un individu". Ces arrangements spécifiques a chaque individu constituent des empreintes génétiques qui sont très utilisées en médecine légale (recherche de paternité, criminologie ...). Ces microsatellites on été utilisés comme marqueur a partir de 1989 du fait qu'ils sont hautement polymorphes c'est-à-dire présentant une forte variabilité entre les individus. Du fait de cela, il n'est pas rare de trouver plus de 30 allèle a un locus donné dans une population. Ces marqueurs microsatellites ont d'ailleurs supplanté les marqueurs RFPL. b) Séquences transposées : Dans les années 1940, en étudiant la génétique de la bigarrure des grains de maïs, Barbara McClintock a découvert un élément génétique mobile qui ne régule pas seulement la bigarrure mais qui est aussi responsable de la cassure des chromosomes. Elle appela cet élément Dissociation (Dis) = transposon. Depuis cette découverte, de nombreux éléments transposables ont été identifiés et sont regroupés en "familles" sur la base de leur similarité de séquence d'ADN. Les génomes de la plupart des organismes contiennent des exemplaires multiples de plusieurs membres de ces familles d'éléments transposables. Ils représentent environ : uploads/Marketing/ sgar-cour-tape.pdf