Qu'est-ce qu'une mutation nuisible ?
Les mutations nuisibles sont des variations du code génétique d'un organisme qui provoquent des changements nuisibles dans l'expression des gènes. Les mutations nocives résultent d'une exposition à des produits chimiques nocifs, à des virus, à des lésions traumatiques, à des radiations, à la lumière UV, ou sont héréditaires. Ces mutations peuvent être causées de deux façons: induites ou spontanées.1
Lesmutations induites sont causées par l'exposition à des éléments nocifs dans l'environnement, tels que les produits chimiques, la lumière UV et les radiations, tandis que les mutations spontanées se produisent au hasard dans l'organisme en raison des réactions naturelles qui s'y produisent. La majorité des mutations spontanées sont inoffensives, mais une minorité d'entre elles peuvent être très nocives pour l'organisme. Les mutations peuvent être des mutations ponctuelles, des mutations par déplacement de cadre, des mutations par substitution, des mutations non-sens, des mutations faux-sens, des mutations par addition ou des mutations par soustraction . Voir l'article sur les mutations ponctuelles pour plus de détails sur ces types de mutations.
Les mutations inoffensives ne sont généralement pas exprimées, ce qui signifie qu'elles ne modifient pas l'expression des gènes de l'organisme. Ces types de mutations sont connus sous le nom de mutations silencieuses. Une mutation silencieuse est un type de substitution ou de mutation ponctuelle qui n'affecte pas l'expression des gènes de l'organisme. En général, les mutations silencieuses surviennent lorsqu'une paire de bases est modifiée, mais que le nouveau codon code toujours pour le même acide aminé que le codon d'origine.
Un exemple de mutation silencieuse est le changement du codon original AAA en AAG en changeant la dernière base du codon. Cette mutation n'a aucun effet sur l'organisme car AAA et AAG codent tous deux pour l'acide aminé lysine.1 Ce changement n'affectera pas l'organisme car l'acide aminé lysine sera toujours produit à sa place d'origine dans la séquence de nucléotides.
Exemples de mutations nuisibles
Les mutations ponctuelles sont généralement inoffensives s'il s'agit de mutations silencieuses. Les mutations ponctuelles faux-sens et non-sens peuvent cependant provoquer des maladies graves car ces mutations peuvent changer complètement le codon, le nouveau codon codant pour un acide aminé entièrement différent.2 Ce phénomène est observé dans le cas de la drépanocytose qui est une maladie débilitante caractérisée par une mauvaise circulation sanguine vers les organes corporels et des douleurschroniques5.
La drépanocytose est causée par une mutation ponctuelle erronée dans le gène de l'hémoglobine. Dans le gène normal de l'hémoglobine, le codon GAA code pour l'acide glutamique, ce qui donne une molécule d'hémoglobine A ronde et saine. Cependant, en présence de la mutation ponctuelle de la drépanocytose, GAA est converti en GUA.5 GUA code pour l'acide aminé valine, qui produit l'hémoglobine S, une molécule d'hémoglobine collante en forme de faucille qui fait que les globules rouges de l'organisme se collent les uns aux autres, ce qui réduit considérablement le flux sanguin vers les différentes parties du corps. 5
Les personnes atteintes de drépanocytose héritent de cette mutation ponctuelle des membres de leur famille, car la mutation est transmise au niveau de l'ADN. Le gène muté est un gène récessif, ce qui signifie que la progéniture doit posséder les deux gènes mutés pour être atteinte de la drépanocytose. Les enfants qui n'ont qu'un seul gène muté ont toujours des cellules drépanocytaires dans leur système, mais seule une partie de leurs cellules est déformée, tandis que leurs cellules de rappel sont parfaitement saines.5
Les mutations nuisibles les plus courantes sont les mutations ponctuelles de substitution, comme on le voit dans la drépanocytose. Ces mutations résultent du remplacement d'une base par une autre base. Il existe deux types de mutations de substitution : les transitions et les transversions.1 Les substitutions de transition se produisent lorsqu'une purine ou une pyrimidine est remplacée par une base du même type.1 Par exemple, une purine telle que l'adénine peut être remplacée par une autre purine telle que la guanine. Une substitution de transversion, en revanche, se produit lorsqu'une purine est remplacée par une pyrimidine.1 Par exemple, la purine adénine peut être remplacée par la pyrimidine cytosine.
Cela fait peut-être un moment que tu n'as pas revu les purines et les pyrimidines, alors voici un petit rappel. Les purines et les pyrimidines sont des bases azotées qui forment deux types de bases nucléotidiques dans l'ADN. Les purines ont deux anneaux carbone-azote, tandis que les pyrimidines n'ont qu'un seul anneau carbone-azote. L'adénine et la guanine sont des purines, tandis que la thymine et la cytosine sont des pyrimidines. Voir la figure 1 pour une illustration visuelle.
Parmi les autres types de mutations nuisibles, on trouve les mutations non-sens et les mutations par décalage de trame. Les mutations non sens résultent de la substitution d'un codon codant pour un acide aminé par un codon stop.2 Les mutations non sens peuvent être très nocives pour les organismes car elles empêchent la transcription du gène entier en raison de l'insertion d'un codon stop prématuré dans le gène. Les mutations non-sens peuvent provoquer des maladies génétiques rares telles que la dystrophie musculaire de Duchenne, la mucoviscidose, ainsi que divers cancers et troubles neurologiques.2 Nous aborderons certaines de ces maladies spécifiques dans une section ultérieure.
Lesmutations par déplacement de trame sont sans doute le type de mutation le plus nocif, car elles entraînent un déplacement du cadre de lecture du gène.1 Les mutations par déplacement de trame sont causées par des insertions ou des suppressions aléatoires de bases dans l'ADN. Ces mutations peuvent modifier tous les codons d'une séquence génétique ou créer un codon stop prématuré. Prenons un exemple.
Lesmutations Frameshift peuvent modifier l'ensemble du cadre de lecture d'un gène. Par exemple, un gène normal peut être AGG-TAC-CCT-TAC. L'insertion aléatoire d'un autre A au début du gène entraînera le décalage d'une base, ce qui donnera AAG-GTA-CCC-TTA-C. Remarque que l'insertion d'une seule base modifie l'ensemble du gène.
La figure 2 illustre les différents types de mutations ponctuelles.
Effets néfastes des mutations génétiques
Comme indiqué précédemment, les mutations génétiques ont de nombreux effets néfastes sur les organismes. Les mutations génétiques peuvent provoquer diverses maladies rares telles que la dystrophie musculaire, la maladie de Huntington, le cancer et bien d'autres encore. De même, les mutations qui se produisent pendant le développement du fœtus peuvent provoquer des handicaps physiques tels que la microcéphalie, la fente labiale, le spina bifida et d'autres troubles congénitaux. On peut soutenir que les mutations du cerveau du fœtus sont à l'origine de troubles tels que l'autisme, le TDAH et d'autres troubles mentaux, bien qu'il n'y ait pas de résultats de recherche concluants.
Spina bifida: Une maladie neurologique rare caractérisée par un développement irrégulier du système nerveux central. Les personnes atteintes de spina bifida ont une moelle épinière qui n'est pas protégée par les os de leur colonne vertébrale puisque leur moelle épinière s'est développée à l'extérieur de leur colonne vertébrale.
Effets négatifs de la mutation
Comme indiqué précédemment, les mutations peuvent avoir des effets négatifs sur l'organisme affecté, tels que la maladie, la difformité et même la mort. Les mutations peuvent également affecter une personne d'une manière qui n'est pas évidente. Par exemple, les agents pathogènes tels que les virus infectent les organismes hôtes et tentent de prendre le contrôle des cellules de l'hôte. Lorsque ton corps est infecté par un virus, ton système immunitaire travaille dur pour tuer le virus et l'empêcher d'infecter d'autres cellules saines. Une fois le virus mort, ton corps déploie des anticorps spécifiques aux antigènes du virus pour l'empêcher de pénétrer dans ta cellule si tu devais être infecté à nouveau. Si nous tombons toujours malades à cause du même virus, c'est parce que les virus ont la capacité d'évoluer.
Anticorps : Une protéine produite par des cellules immunitaires spécialisées appelées cellules B. Ces protéines sont produites en réponse à un microbe spécifique et aident le corps à prévenir les infections ultérieures dues au même microbe.
Les virus ne sont que des chaînes de code génétique qui détournent tes cellules pour se reproduire. Tout comme tes cellules ont besoin de transcrire l'ADN pour se reproduire, les virus ont eux aussi besoin d'une machinerie transcriptionnelle pour le faire. Cependant, les virus n'ont pas leur propre machinerie de traduction, c'est pourquoi ils ciblent les cellules hôtes. Ces changements permettent aux virus d'échapper aux anticorps et aux mécanismes mis en place par ton système immunitaire, ce qui explique pourquoi nous continuons à tomber malades à cause du même virus et pourquoi nous devons nous faire vacciner chaque année. Parfois, nous devons nous faire vacciner plus d'une fois par an dans le cas de virus hautement mutagènes comme le COVID-19.
Liste des mutations nuisibles
Nous avons déjà discuté de la nocivité des mutations pour un organisme. Passons maintenant à la discussion d'exemples spécifiques de mutations nocives. Dans une section précédente, nous avons discuté du fait que les mutations peuvent causer de nombreuses maladies telles que le cancer et la mucoviscidose. Ces maladies peuvent être très débilitantes pour l'organisme touché, car leur qualité de vie et leur espérance de vie en pâtissent.
Le génome humain contient certains gènes appelés proto-oncogènes.3 Ce sont des gènes capables de se transformer en oncogènes à la suite de certaines mutations. Les oncogènes sont des gènes qui font qu'une cellule devient cancéreuse et se divise de façon incontrôlée. Dans le cas de la leucémie myélogène chronique, les chromosomes échangent des parties, ce qui entraîne la fusion de deux gènes distincts en un seul. Le chromosome 9 porte le gène ABL1 tandis que l'extrémité du chromosome 22 porte le gène BCR. Les chromosomes 9 et 22 échangent leurs parties pour créer le chromosome de Philadelphie qui contient le gène BCR-ABL nouvellement fusionné. Ce gène est un puissant stimulateur de la division cellulaire et entraîne diverses formes de leucémie dans l'organisme affecté.
Dans le cas de la mucoviscidose, elle est causée par des mutations dans le gène qui produit la protéine régulatrice de la conductance transmembranaire de la mucoviscidose (CFTR).4 La mutation la plus courante associée à la mucoviscidose est la délétion d'une phénylalanine en position 508. Cette mutation entraîne une maladie pulmonaire due à l'accumulation de mucus.
Mutations nocives - Principaux enseignements
- Les mutations nuisibles résultent de l'exposition à des produits chimiques nocifs, à des virus, à des lésions traumatiques, à des radiations, à la lumière UV ou à l'hérédité.
- Les mutations induites sont causées par l'exposition à des éléments nocifs dans l'environnement tels que les produits chimiques, la lumière UV et les radiations, tandis que les mutations spontanées se produisent au hasard dans l'organisme en raison des réactions naturelles qui s'y produisent.
- Les mutations inoffensives ne sont généralement pas exprimées, ce qui signifie qu'elles ne modifient pas l'expression des gènes de l'organisme. Ces types de mutations sont connus sous le nom de silent mutations.
- Lorsque la mutation ponctuelle de la drépanocytose est présente, GAA est converti en GUA. GUA code pour l'acide aminé valine qui produit l'hémoglobine S, une molécule d'hémoglobine collante en forme de faucille qui fait que les globules rouges de l'organisme se collent les uns aux autres.
Références
- Eggebrecht, J (2018) Biologie pour les cours d'AP. Rice University.
- Benhabiles H et.al. (2017)Approche optimisée pour l'identification de correcteurs hautement efficaces de mutations non-sens dans les maladies humaines. Plos One
- Chial, H. (2008) Des proto-oncogènes aux oncogènes en passant par le cancer. Nature Education 1(1):33
- Ostedgaard, L. S., Meyerholz, D. K., Chen, J. H., Pezzulo, A. A., Karp, P. H., Rokhlina, T., Ernst, S. E., Hanfland, R. A., Reznikov, L. R., Ludwig, P. S.., Rogan, M. P., Davis, G. J., Dohrn, C. L., Wohlford-Lenane, C., Taft, P. J., Rector, M. V., Hornick, E., Nassar, B. S., Samuel, M., Zhang, Y., ... Stoltz, D. A. (2011). La mutation ΔF508 provoque un mauvais traitement de la CFTR et une maladie semblable à la mucoviscidose chez les porcs. Science translational medicine, 3(74), 74ra24. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.3001868
- Institut national de recherche sur le génome humain (2020)À propos de la drépanocytose.
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