Mutations de l’ADN et variabilité génétiqueCours

 

Notions Rappels
ADN Acide désoxyribonucléique, molécule bicaténaire porteuse de l'information génétique.
ADN polymérase Enzyme assurant la réplication de l'ADN.
Allèle L'une des versions d'un gène.
Gène Portion d'information génétique participant à l'expression d'un caractère héréditaire.
Nucléotide Constituant de l'ADN.
Protéine

Séquence d'acides aminés. 

Sa configuration tridimensionnelle lui permet d'accomplir une fonction donnée dans un organisme.

Réplication Étape de copie des molécules d'ADN préalable à toute division.

L'information génétique présente une grande variabilité. Celle-ci se manifeste sous la forme des différents allèles qu'un gène peut posséder. 

Ce sont des phénomènes de mutations qui sont à l'origine de ces différents allèles.

I

Des erreurs de réplication : les mutations

Mutations

Les mutations sont des erreurs, rares, aléatoires, spontanées, qui se produisent lors de la réplication.

Même si la précision et la spécificité des enzymes assurant la réplication (ADN polymérases) est grande, des erreurs sont parfois faites dans la copie des molécules d'ADN.

Ces erreurs peuvent être rapidement réparées, mais il arrive qu'elles subsistent.

Les cellules possèdent alors une version modifiée d'un gène, c'est-à-dire dont la séquence nucléotidique est modifiée. 

Ces versions nouvelles de gènes sont des allèles.

Une mutation peut se produire :

  • par remplacement d'un nucléotide par un autre, on parle alors de substitution ;
  • par perte d'une paire de nucléotides, il s'agit d'une délétion ;
  • par ajout d'une paire de nucléotides, c'est le cas d'une insertion (ou addition).
Les différents types de mutation

Les différents types de mutation

Lorsque les systèmes enzymatiques cellulaires ne parviennent pas à corriger les erreurs et que les mutations persistent, celles-ci sont transmises, au cours de la division cellulaire, aux cellules-filles de la cellule affectée.

Selon les cellules concernées, on distingue deux types de mutations, les mutations somatiques et les mutations germinales.

Mutation somatique

La mutation somatique affecte une cellule somatique de l'organisme, c'est-à-dire une cellule ne subissant pas le phénomène de méiose et n'étant donc pas à l'origine des cellules reproductrices. Dans ce cas, la mutation touche le clone cellulaire issu de cette cellule, mais ne peut toucher la descendance de l'individu.

Mutation germinale

La mutation germinale affecte les cellules à l'origine des cellules reproductrices. Elle peut donc se transmettre à la descendance de l'individu.

II

Les conséquences moléculaires des mutations

Les conséquences des mutations varient selon le point de la séquence nucléotidique affecté, le gène considéré, le type de mutation, etc.

Considérons un ADN initial, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas eu de mutation au cours de sa réplication, pour étudier les mutations et leurs conséquences.

Séquence d'ADN avant mutation

Séquence d'ADN avant mutation

Des erreurs au cours de la réplication pourront donner lieu à trois types de mutations selon l'importance de leurs effets : les mutations silencieuses, les mutations faux-sens et les mutations non-sens.

A

Les mutations silencieuses

Dans certains cas, les mutations n'ont aucun effet sur la protéine qui est fabriquée, et donc aucun effet sur le phénotype qui en dépend.

Le fragment initial d'ADN a subi une mutation par substitution au cours de sa réplication.

Exemple de mutation silencieuse

Exemple de mutation silencieuse

L'absence de conséquence d'une telle mutation s'explique par la redondance du code génétique : deux codons différents peuvent coder pour un même acide aminé. C'est le cas ici avec ACG et ACA sur l'ADN (UGC et UGU dans l'ARNm), qui codent tous deux pour la cystéine.

B

Les mutations faux-sens

Certaines mutations peuvent provoquer un changement mineur dans une protéine, en provoquant le remplacement d'un acide aminé par un autre. Il s'agit de mutations faux-sens.

Le fragment initial d'ADN subit une mutation par substitution, et devient :

Exemple de mutation faux-sens

Exemple de mutation faux-sens

Il s'agit d'une mutation faux-sens, qui ne modifie qu'assez peu la séquence de la protéine synthétisée et n'a généralement pas de fortes conséquences.

Les mutations faux-sens peuvent toutefois, dans certains cas, avoir des conséquences graves. Diverses maladies héréditaires sont la conséquence de telles modifications. 

La drépanocytose, maladie mortelle touchant la structure de l'hémoglobine, en est un exemple.

C

Les mutations non-sens

Une mutation non-sens est une mutation qui fait apparaître un codon-stop, et qui interrompt ainsi la synthèse protéique.

Le fragment initial d'ADN subit une mutation par substitution, et devient :

Exemple de mutation non-sens

Exemple de mutation non-sens

Il y a arrêt prématuré de la synthèse protéique. La protéine, si elle est synthétisée, est beaucoup plus courte que la protéine normale. Son activité est perdue et les conséquences sont importantes. La maladie de Pelizaeus-Merzbacher (maladie grave affectant le système nerveux) a pour cause une mutation non-sens touchant un gène sur le chromosome X.

Une même séquence d'ADN initial, trois substitutions, mais des conséquences très variées sur les protéines et sur le phénotype.

À plus grande échelle, ces phénomènes de mutations sont des mécanismes innovants, à l'origine de nouvelles versions des gènes : les allèles.

Ces allèles peuvent ensuite faire l'objet d'une sélection, en fonction des avantages qu'ils procurent aux individus qui en sont porteurs : c'est la sélection naturelle.

Les mutations ont donc un rôle évolutif majeur.