1. Bases moléculaires de l’organisation du génome humain
Régine MARLIN, PhD
Ingénieur scientifique Génétique Moléculaire des cancers CHU Pierre ZODBA QUITMAN

2. Généralités
Les Acides Nucléiques
Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
Généralités sur le génome humain

3. I-Généralités
Génome : matériel génétique d’un être vivant.

4. Vue d’ensemble d’une cellule eucaryote
I-Généralités
La cellule est une unité fondamentale, structurale et fonctionnelle des organismes vivants.
Vue d’ensemble d’une cellule eucaryote

5. I-Généralités Le génome
• Ensemble des gènes d’un organisme ou patrimoine génétique est localisé dans le noyau et stocké sur les chromosomes. • Les gènes contiennent les informations nécessaires pour que la cellule fabrique des protéines (ou des enzymes) et les hormones.

6. I-Généralités
molécule

7. I-Généralités
La molécule d’ADN
universelle
Acide désoxyribonucléique

8. II-Les acides nucléiques
Quelques définitions
Les nucléotides
Les bases azotées
Les sucres
L’ADN
Structure de l’ADN
Propriétés de l’ADN
L’ARN

9. II-Les acides nucléiques
Définition :
Macromolécules fournissant les informations nécessaires au développement et au maintien de la vie
ADN (Acide DésoxyriboNucléique) = support de l'Information Génétique.
ARN (Acides RiboNucléiques) = les vecteurs et médiateurs de l'Information.
Fonctions :
Transmission du patrimoine génétique de génération en génération (hérédité)
Contrôle de la fabrication des protéines nécessaires à la vie.
D'un point de vue chimique :
Polymères obtenus par enchaînement de sous - unités appelées Nucléotides.

10. II-Les acides nucléiques
2-Les nucléotides
Unité de structure des acides nucléiques.
Un nucléotide est composé de 3 parties :
Une BASE AZOTÉE
- variable en fonction du nucléotide
- de nature purine ou pyrimidine
Un SUCRE à 5 atomes de carbone
- Le désoxyribose pour l’ADN
- Le ribose pour l’ARN
Un GROUPEMENT PHOSPHATE (ou acide phosphorique)
identique pour les nucléotides de l'ADN et de l'ARN.

11. Les acides nucléiques Les bases azotées  bases puriques :
Noyau purine
ADENINE
(ADN/ARN)
GUANINE
(ADN/ARN)
 bases pyrimidiques :
Noyau pyrimidine
THYMINE
(ADN)
CYTOSINE
(ADN/ARN)
URACILE
(ARN)

12. Les acides nucléiques Les sucres Le ribose pour l’ARN
Le désoxyribose pour l’ADN
β ribofuranose
β 2-désoxyribofuranose

13. Les acides nucléiques A G C U A G C T
ribose
désoxyribose
ARN
ADN

14. Les acides nucléiques Remarques
La nature du nucléotide est déterminée par la base azotée qu’il contient.
Dans la séquence d'un brin d'ADN ou d'ARN, on nomme donc les
cinq nucléotides selon leur base azotée : A, G, C, T et U.
Complémentarité des bases lors de la formation de doubles brins :

15. 3-L’ADN Acide DésoxyriboNucléique
Les acides nucléiques
3-L’ADN Acide DésoxyriboNucléique
Support de l'information génétique héréditaire :
Les gènes sont des segments d'ADN : message constitué de la combinaison des 4 nucléotides.
C'est un des constituants des chromosomes.
L'ADN forme des pelotes microscopiques :
Situées dans le noyau chez les eucaryotes,
Situées directement dans le cytoplasme de la cellule chez les procaryotes.
Les molécules d'ADN déroulées s'étirent en un très long fil : enchaînement (séquence) précis d'unités élémentaires que sont les désoxy ribonucléotides.
Structure l'ADN : formée de deux brins complémentaires enroulés en hélice (double hélice).

16. Les acides nucléiques Structure de l’ADN Structure primaire
Structure secondaire

17. Les acides nucléiques Structure de l’ADN Structure secondaire
Macromolécule double brin
2 brins antiparallèles
Squelette désoxyribo-phosphate

18. Les acides nucléiques
Structure de l’ADN
La double hélice

19. Les acides nucléiques
Propriétés de l’ADN

20. 3-L’ARN Acide RiboNucléique
Les acides nucléiques
3-L’ARN Acide RiboNucléique
Molécule simple brin constituée par l'assemblage de ribonucléotides.
L'ARN transporte l'information génétique des molécules d'ADN (noyau) aux ribosomes contenus dans le cytoplasme des cellules.
Molécules ayant de très nombreuses fonctions dans la cellule : il existe de nombreuses familles d'ARN (ARNr, ARNm, ARNt, snARN...), chacune assurant une fonction particulière.

21. Les acides nucléiques Différence ADN/ARN
ADN= desoxyribose plus stable, primordial compte tenu de l’importance de l’ADN
ADN forme double brin pour la « sauvegarde » de l’information d’une chaîne par rapport à l’autre

22. III-Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
Génome nucléaire humain
ADN et chromatine
Structure de la chromatine
De l’enchaînement nucléosomique au chromosome
Structure de l’ADN
ADN des bactéries

23. III-Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
1-Génome nucléaire humain (eucaryote)
ADN et chromatine
L’ADN humain est fortement associé à des protéines :
Protéines histones
Protéines non histones
ADN + protéines = la chromatine
Ø 2 nm
Fibre de 2 nanomètres

24. III-Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
1-Génome nucléaire humain (eucaryote)
ADN et chromatine
Molécule condensée L'ADN est associé à des protéines appelées « histones ». Chez les eucaryotes il est localisé dans le noyau de la cellule et replié d'une manière ordonnée qui assure le stockage d'une grande quantité d'ADN. Dans le plus petit chromosome humain s’il était étendu il aurait une longueur de microns (14 cm). Dans son état le plus condensé lors de la mitose il mesure 2 microns, soit une condensation d'un facteur

25. III-Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
1-Génome nucléaire humain (eucaryote)
Structure de la chromatine
Cette condensation ne se fait pas en une seule fois, mais par plusieurs niveaux
Le premier niveau est constitué par l'enroulement de l'ADN autour d'un noyau protéique
pour produire une "perle " appelée le nucléosome,
Le second niveau est l'enroulement des perles dans une structure
hélicoidale appelée la fibre

26. III-Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
1-Génome nucléaire humain (eucaryote)
De l’enchaînement nucléotidique au chromosome

27. III-Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
1-Génome nucléaire humain (eucaryote)
Structure de l’ADN
Structure primaire
La chaine polypeptidique est formée de condensation de nucléotides
Structure secondaire
Les 2 chaînes d’ADN sont
Complémentaires AT/CG
Antiparallèles
Hélicoïdales
Liaisons hydrogènes et forces de van der Waals entre les 2 chaînes d’ADN

28. Un procaryote (du latin pro, « avant », et du grec caryon, « noyau ») est un être vivant unicellulaire dont la structure cellulaire ne comporte pas de noyau
Un eucaryote est un organisme vivant possédant un noyau isolé du cytoplasme par une membrane et qui contient de l'ADN.

29. III-Architecture de l’ADN procaryote et eucaryote
2-ADN des bactéries
Pas de structure aussi régulière que chez les eucaryotes
Présence de protéines qui ressemble à des histones : protéines HU
Structure plus flexible et plus accessible que chez les eucaryotes
(division cellulaire plus rapide)

30. IV-Généralités sur le génome humain
ensemble du matériel génétique d’un individu ou d’une espèce codé dans son ADN.
information héréditaire d’un organisme, présente en totalité dans chaque cellule de l’organisme
Même espèce, 0.1% différence entre 2 génomes de personnes non apparentés

31. IV-Généralités sur le génome humain
Le génome nucléaire
Les chromosomes : 24 molécules différentes.
22 autosomes
2 chromosomes sexuels (X et Y)
Code pour environ gènes.
Petit ADN circulaire (16,6 Kb) contenu dans la mitochondrie.
Code pour 37 gènes.
Plusieurs copies par cellule.
Transmis par la mère.
Le génome mitochondrial

32. IV-Généralités sur le génome humain
Caractéristique ADN
Taille (Mégabases)
Bactéries (EC) : 4500 gènes
Insecte : gènes
Plante : gènes
Souris : gènes
Homme : gènes
Amoebia gènes…
La quantité d’ADN n’est pas proportionnelle à la complexicité d’un organisme

33. IV-Généralités sur le génome humain
Organisation ADN = notion gène
ADN codant (exons) : code pour ARNm (Protéines)
ADN non codant : code pour ARNr et ARNt, séquences régulatrices, introns

34. IV-Généralités sur le génome humain
Gène: Unité fonctionnelle et physique élémentaire de l’hérédité
qui transmet l’information d’une génération à la suivante.
Un fragment d’ADN, constitué d’une région transcrite
et de séquences régulatrices.
Promoteur
Stop
Procaryote
Stop
Promoteur
Eucaryote
Intron
Exon1
Exon2
Codant

35. IV-Généralités sur le génome humain
1989 : Projet Génome humain
2001 : Séquençage des 3 milliards de bases du génome humain, dont seuls 3% correspondent à la partie "codante" des gènes
Recherche des gènes impliqués dans les maladies génétiques
connaissance d'un gène dont la mutation provoque une maladie
génétique permet la mise au point d'un test diagnostic à partir de l'ADN
Faciliter l'identification des facteurs génétiques de susceptibilité aux maladies communes (composante génétique et multitude de facteurs contribuant chacun pour une faible part, interagissant avec les facteurs de l'environnement de façon complexe)
Séquençage Nouvelle Génération