Impression génomique

Définition de l'empreinte génomique

Pour commencer, voyons la définition de l'empreinte génomique. L'empreinte génomique est un type d'hérédité non mendélienne, car elle ne suit pas les règles d'hérédité de Mendel.

L'empreinte génomique a été observée principalement chez les mammifères tels que les humains et les souris, et ces gènes imprimés ont tendance à se trouver sur les autosomes (gènes non liés au sexe). Il existe deux types de gènes à empreinte :

• Les gènes àempreinte maternelle sont des gènes qui sont réduits au silence ("désactivés") lorsqu'ils sont hérités de la mère. Ainsi, seul l'allèle du père est exprimé dans la descendance.
• Les gènes àempreinte paternelle sont des gènes qui sont réduits au silence lorsqu'ils sont hérités du père. Ainsi, seul l' allèle de la mère est exprimé dans la descendance .

Lafigure 1 montre une façon simple de visualiser l'empreinte maternelle.

Figure 1. Une visualisation simple de l'empreinte maternelle, StudySmarter Originals.

Lafigure 2 montre un exemple d'empreinte maternelle et paternelle. Remarque que le concept de dominance n'a pas de sens pour les gènes imprimés car les loci imprimés sont fonctionnellement hémizygotes (ils se comportent comme s'ils n'avaient qu'un seul allèle puisque l'autre est inactif).

Schéma de l'empreinte génomique

L'empreinte génomique se produit dans l'ovule ou le sperme des parents. Rappelle que normalement, un ovocyte (œuf) contenant la composante maternelle du génome est fécondé par un spermatozoïde contenant la composante paternelle du génome. Il en résulte un ovocyte fécondé contenant la moitié de l'ADN de la mère et la moitié de l'ADN du père. Mais si le phénomène de l'empreinte génomique est présent, alors une seule copie du gène sera active (celle de la mère ou celle du père) tandis que l'autre copie sera réduite au silence !

Un exemple courant d'empreinte génomique est observé dans un locus contenant une paire de gènes : igf2 et H19. Igf2 est un gène codant pour le facteur de croissance 2 analogue à l'insuline, tandis que H19 code pour un ARNm non traduit dont la fonction est inconnue(figure 3). Le chromosome paternel et le chromosome maternel contiennent tous deux ces deux gènes, et ils sont séparés par une protéine isolante appelée CTCF. La région de l'enhancer contrôle l'expression des deux gènes en se liant à un activateur et en recrutant la machinerie de transcription vers les deux gènes.

Dans le chromosome maternel, remarque que le gène Igf2 a été désactivé. L'isolateur le protège donc de la transcription. Dans ce cas, l'activateur n'activera que la transcription du gène H19.

Le contraire est vrai dans le chromosome paternel. Ici, remarque qu'un segment du chromosome où se trouvent l'isolateur et le promoteur du gène H19 a été méthylé (tu apprendras ce qu'est la méthylation de l'ADN dans un instant !) Cela empêche l'activateur d'activer la transcription du gène H19, il n'activera donc que la transcription de igf2 .

Pour faire court, on peut dire que dans le chromosome maternel, H19 est actif, et igf2 est inactif (empreinte maternelle). En revanche, igf2 est actif et H19 est inactif sur le chromosome paternel (empreinte paternelle).

Lorsque les chercheurs ont étudié des souris(figure 4) pour connaître les résultats de la réduction au silence du gène igf2, ils ont découvert que si l'allèle mutant igf2 était hérité de la mère, les souris auraient une taille normale car l'allèle mutant serait réduit au silence et ne s'exprimerait pas.

Cependant, si l'allèle mutant igf2 est hérité du père, les souris sont plus petites, car l'allèle mutant s'exprime et l'allèle normal de la mère est réduit au silence. On peut donc dire que le gène igf2 chez la souris est un exemple d'empreinte maternelle (c'est-à-dire que l'allèle de la mère est réduit au silence) parce que le caractère de taille (nain) dépend de l'expression de l'allèle paternel.

Processus d'empreinte génomique

Le processus le plus courant qui peut conduire à l'empreinte génomique est la méthylation de l'ADN.

Explorons le processus d'empreinte génomique par méthylation de l'ADN. Fondamentalement, un gène s'éteint lorsqu'un groupe méthyle (_-CH3) est attaché à l'ADN.

Lorsque la lignée germinale développe un gène qui a évolué pour être imprimé par le père, ce gène aura une étiquette de séquence qui indiquera aux facteurs de transcription que ce gène doit être méthylé ("éteint" en lui ajoutant un groupe méthyle) avant la formation des gamètes. De même, si un gène a évolué pour être marqué par la mère, son étiquette de séquence sera reconnue par les facteurs de transcription et il sera méthylé (réduit au silence) avant la formation des gamètes.

Lafigure 5 présente un modèle d'héritage de la méthylation de l'ADN. Chez les mammifères, le groupe méthyle est ajouté à la cytosine dans un dinucléotide CG.

Maladies de l'empreinte génomique

Normalement, l'empreinte génétique n'est pas nocive. Cependant, des troubles peuvent parfois survenir si des mutations ou des défauts se produisent dans les régions de contrôle de l'empreinte des gènes.

Le syndrome de Prader-Willi (figure 6) est un exemple courant de maladie de l'empreinte génomique. Il peut être causé soit par la délétion d'une certaine région du chromosome 15 héritée du père, soit par l'héritage des deux copies du chromosome 15 de la mère qui ont été méthylées (réduites au silence). Certains symptômes du syndrome de Prader-Willi comprennent un faible tonus musculaire, un retard de développement, des problèmes de comportement et une suralimentation (obésité infantile précoce).

Or, si la délétion de cette même région du chromosome 15 est héritée par la mère, ou si les deux copies du chromosome proviennent du père, alors la progéniture développera le syndrome d'Angelman. En raison de ce syndrome, les individus souffrent d'une grave déficience intellectuelle, de crises d'épilepsie, de troubles de l'élocution et de rires inappropriés.

Certains cancers sont également associés à des erreurs/mutations dans la méthylation de l'ADN. Par exemple, l'inhibition de gènes suppresseurs de tumeurs ou la perte d'empreinte (permettant l'activation de gènes normalement supprimés) peuvent entraîner le développement de cellules cancéreuses.

Exemple d'empreinte génomique

Enfin, examinons un exemple impliquant l'empreinte génomique chez les plantes. Chez les mammifères, l'empreinte peut se produire dans les embryons et dans différents tissus adultes, alors que chez les plantes, l'empreinte ne peut se produire que dans le tissu de l'endosperme .

En étudiant l'endosperme d'Arabidopsis par des approches expérimentales classiques, les chercheurs ont trouvé 11 gènes imprimés : 8 exprimés par la mère et 3 exprimés par le père. Puis, en utilisant des techniques modernes telles que la RT-PCR, ils ont pu trouver 112 autres gènes exprimés par la mère et 9 gènes exprimés par le père.

Ces gènes imprimés ont différentes fonctions dans les plantes, comme la régulation de la méthylation de l'ADN, les composants de la signalisation hormonale et les voies des petits ARN !

J'espère que tu sais maintenant ce qu'est l'empreinte génomique !