LES MUTATIONS GÉNIQUES: EN QUOI CONSISTENT-ELLES, TYPES ET CONSÉQUENCES - LA BIOLOGIE - 2024

Les mutations génétiques ou spécifiques sont celles dans lesquelles un allèle d'un gène change, devenant un différent. Ce changement se produit dans un gène, à un locus ou un point, et peut être localisé.

Au contraire, dans les mutations chromosomiques, des ensembles de chromosomes, un chromosome entier ou des segments de celui-ci sont généralement affectés. Ils n'impliquent pas nécessairement des mutations génétiques, bien que cela puisse se produire dans le cas de cassures chromosomiques affectant un gène.

Figure 1. Mutation dans un gène contrôlant la forme de la queue de la souris. Source: Par (Photo gracieuseté d'Emma Whitelaw, Université de Sydney, Australie.), Via Wikimedia Commons

Avec le développement d'outils moléculaires appliqués au séquençage de l'ADN, le terme de mutation ponctuelle a été redéfini. Aujourd'hui, ce terme est souvent utilisé pour désigner des altérations d'une paire ou de quelques paires de bases azotées adjacentes dans l'ADN.

Que sont les mutations?

La mutation est le mécanisme par excellence qui introduit une variation génétique dans les populations. Il s'agit du changement soudain du génotype (ADN) d'un organisme, non pas dû à une recombinaison ou à un réarrangement génétique, mais à un héritage ou à l'effet de facteurs environnementaux négatifs (tels que les toxines et les virus).

Une mutation peut transcender la progéniture si elle se produit dans les cellules germinales (ovules et spermatozoïdes). Il peut provoquer de petites variations chez l'individu, d'énormes variations - voire provoquer des maladies - ou ils peuvent rester silencieux, sans aucun effet.

Les variations du matériel génétique peuvent alors générer une diversité phénotypique dans la nature, que ce soit entre individus d'espèces différentes ou même de la même espèce.

Types de gènes ou changements mutationnels ponctuels

Il existe deux types de mutations génétiques:

Changements de base azotée

Ils consistent en la substitution d'une paire de bases azotées par une autre. Ils sont à leur tour divisés en deux types: les transitions et les transversions.

• Transitions: impliquent la substitution d'une base par une autre de la même catégorie chimique. Par exemple: une purine pour une autre purine, une adénine pour une guanine ou une guanine pour une adénine (A → G ou G → A). Il peut également s'agir de substituer une pyrimidine à une autre pyrimidine, par exemple: la cytosine pour la thymine ou la thymine pour la cytosine (C → T ou T → C).
• Transversions: sont des changements qui impliquent différentes catégories chimiques. Par exemple, le cas du passage d'une pyrimidine à une purine: T → A, T → G, C → G, C → A; ou une purine pour une pyrimidine: G → T, G → C, A → C, A → T.

Par convention, ces changements sont décrits en référence à l'ADN double brin, et donc les bases qui composent la paire doivent être détaillées. Par exemple: une transition serait GC → AT, tandis qu'une transversion pourrait être GC → TA.

Figure 2. Types de changements mutationnels ponctuels. Source: (Par Sara - Travail personnel, CC BY-SA 3.0,

Insertions ou suppressions

Ils consistent en l'entrée ou la sortie d'une paire ou de plusieurs paires de nucléotides d'un gène. Bien que l'unité affectée soit le nucléotide, nous nous référons généralement toujours à la ou aux paires de bases impliquées.

Conséquences

-Des concepts basiques

Pour étudier les conséquences des mutations génétiques, il faut d'abord passer en revue deux propriétés fondamentales du code génétique.

1. Le premier est que le code génétique est dégénéré. Cela signifie que le même type d'acide aminé dans la protéine peut être codé par plus d'un triplet ou codon dans l'ADN. Cette propriété implique l'existence de plus de triplets ou codons dans l'ADN que de types d'acides aminés.
2. La deuxième propriété est que les gènes possèdent des codons d'arrêt, utilisés pour la terminaison de la traduction pendant la synthèse des protéines.

-Scénarios de mutations génétiques

Les mutations Strut peuvent avoir des conséquences différentes, selon l'endroit précis où elles se produisent. Par conséquent, nous pouvons visualiser deux scénarios possibles:

1. La mutation se produit dans une partie du gène dans laquelle la protéine est codée.
2. La mutation se produit dans des séquences régulatrices ou d'autres types de séquences non impliquées dans la détermination de la protéine.

-Les conséquences fonctionnelles du premier scénario

Les mutations géniques dans le premier scénario génèrent les résultats suivants:

Mutation silencieuse

Cela se produit lorsqu'un codon change pour un autre qui code pour le même acide aminé (c'est une conséquence de la dégénérescence du code). Ces mutations sont appelées silencieuses, car en termes réels, la séquence d'acides aminés résultante ne change pas.

Mutation à demi-tour

Cela se produit lorsque le changement de codon détermine un changement d'acide aminé. Cette mutation peut avoir des effets différents selon la nature du nouvel acide aminé introduit.

S'il est de nature chimique similaire à l'original (substitution synonyme), l'effet sur la fonctionnalité de la protéine résultante peut être négligeable (ce type de changement est souvent appelé un changement conservateur).

Lorsque, d'autre part, la nature chimique de l'acide aminé résultant est très différente de l'original, l'effet peut être variable et la protéine résultante peut être rendue inutile (changement non conservateur).

La localisation spécifique d'une telle mutation dans le gène peut avoir des effets variables. Par exemple, lorsque la mutation se produit dans une partie de la séquence qui donnera naissance au centre actif de la protéine, on s'attend à ce que les dommages soient plus importants que s'ils se produisent dans des régions moins critiques.

Mutation absurde

Cela se produit lorsque le changement génère un codon d'arrêt de traduction. Ce type de mutation produit généralement des protéines difonctionnelles (une protéine tronquée).

Insertions ou suppressions

Ils ont un effet équivalent à la mutation non-sens, mais pas identique. L'effet se produit lorsque le cadre de lecture de l'ADN change (un phénomène connu sous le nom de décalage du cadre de lecture ou de décalage de cadre).

Cette variation produit un ARN messager (ARNm) avec un décalage par rapport à l'endroit où la mutation (insertion ou délétion) s'est produite, et donc un changement dans la séquence d'acides aminés de la protéine. Les produits protéiques obtenus à partir de gènes avec ces types de mutations seront totalement dysfonctionnels.

Des exceptions

Une exception peut se produire lorsque des insertions ou des suppressions d'exactement trois nucléotides (ou des multiples de trois) se produisent.

Dans ce cas, malgré le changement, le cadre de lecture reste inchangé. Cependant, il ne peut donc être exclu que la protéine résultante soit dysfonctionnelle, soit du fait de l'incorporation d'acides aminés (dans le cas de l'insertion), soit de leur perte (dans le cas des délétions).

-Les conséquences fonctionnelles du deuxième scénario

Des mutations peuvent se produire dans des séquences de type régulateur ou d'autres séquences non impliquées dans la détermination des protéines.

Dans ces cas, l'effet des mutations est beaucoup plus difficile à prévoir. Cela dépendra alors de la façon dont la mutation ponctuelle affecte l'interaction de ce fragment d'ADN avec les multiples régulateurs de l'expression génique qui existent.

Là encore, la rupture du cadre de lecture ou la simple perte d'un fragment nécessaire à la liaison d'un régulateur, peut provoquer des effets allant du dysfonctionnement des produits protéiques au manque de contrôle des quantités de ceux-ci.

-Cas fréquents menant à des maladies

Un exemple de mutation ponctuelle très rare est la mutation dite de gain de sens.

Cela consiste en la transformation du codon stop en un codon codant. C'est le cas d'une variante de l'hémoglobine appelée Constant Spring Hemoglobin (variante allélique HBA2 * 0001), provoquée par le changement du codon stop UAA en codon CAA.

Dans ce cas, la mutation ponctuelle entraîne une hémoglobine α-2 instable allongée de 30 acides aminés, provoquant une maladie du sang appelée alpha-thalassémie.

Références

1. Eyre-Walker, A. (2006). La distribution des effets de remise en forme de nouvelles mutations délétères d'acides aminés chez l'homme. Genetics, 173 (2), 891–900. doi: 10.1534 / génétique.106.057570
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3. Novo-Villaverde, FJ (2008). Génétique humaine: concepts, mécanismes et applications de la génétique dans le domaine de la biomédecine. Pearson Education, SA p. 289
4. Nussbaum, RL et al. (2008). Génétique en médecine. Septième édition. Saunders, p. 578.
5. Stoltzfus, A. et Cable, K. (2014). Mendelian-Mutationism: The Forgotten Evolutionary Synthesis. Journal de l'histoire de la biologie, 47 (4), 501-546. doi: 10.1007 / s10739-014-9383-2