506 trOiSiÈMe partie La génétique
enzymes requises pour ce déplacement peuvent être encodées
par un élément transposable, incluant celui qui se déplace.
Certaines autres unités sont des séquences apparentées et qui
ont complètement perdu la capacité de se déplacer. Les éléments transposables et les séquences apparentées constituent
de 25 à 50 % du génome de la plupart des Mammifères (voir
la figure 21.7), et ces pourcentages sont encore plus élevés
chez les Amphibiens et les plantes supérieures. En fait, la très
grande taille des génomes de certains Végétaux est attribuable
non pas à des gènes supplémentaires, mais à des éléments
transposables additionnels. Par exemple, le génome du maïs
est composé à 85 % de telles séquences !
Chez les humains et les autres Primates, une grande partie de l’ADN apparenté aux éléments transposables est formée d’une famille de séquences semblables, appelées
séquences Alu. À elles seules, ces séquences représentent
environ 10 % du génome humain. Les séquences Alu, qui
peuvent être répétées près d’un million de fois chez l’humain, ont une longueur d’environ 300 nucléotides. Elles
constituent des séquences beaucoup plus courtes que la plupart des éléments transposables fonctionnels et elles ne
codent pour aucune protéine. Cependant, de nombreuses
séquences Alu sont transcrites en ARN dont la fonction dans
la cellule reste inconnue à ce jour, si fonction il y a.
Un pourcentage encore plus élevé (17 %) du génome
humain est constitué d’un type de rétrotransposon appelé
LINE-1, ou L1. Ces séquences sont beaucoup plus longues
que les séquences Alu (environ 6 500 paires de bases) et leur
vitesse de transposition est faible. Comment expliquer un tel
processus ? Des recherches récentes ont révélé la présence de
séquences dans L1 qui empêchent la progression de l’ARN
polymérase, l’enzyme nécessaire à la transposition. Une analyse génomique effectuée au cours de ces recherches a permis
d’établir la présence de séquences L1 dans les introns de près
de 80 % des gènes humains étudiés, ce qui donne à penser
que L1 aiderait à réguler l’expression génique. Selon d’autres
chercheurs, les rétrotransposons L1 exerceraient des effets
différentiels sur l’expression génique dans le développement
des neurones, contribuant à la grande diversité des types de
cellules neuronales (voir le chapitre 48).
Bien que de nombreux éléments transposables codent
pour des protéines, ces dernières n’interviennent pas dans
des fonctions cellulaires normales. Par conséquent, on inclut
habituellement les éléments transposables ainsi que d’autres
séquences répétitives dans la catégorie des ADN « non
codants ». Une forme d’hémophilie héréditaire, par exemple,
est causée par une protéine devenue anormale (le facteur
VIII) par suite de l’insertion dans le chromosome X d’un
transposon provenant du chromosome 22.
Les autres aDN répétitifs,
dont l’aDN de simple séquence
L’ADN répétitif qui n’est pas apparenté aux éléments transposables est probablement apparu à la suite d’erreurs survenues au cours de la réplication ou de la recombinaison de
l’ADN. Cet ADN représente autour de 14 % du génome
humain (voir la figure 21.7). Environ un tiers de ce pourcentage (5 à 6 % du génome humain) consiste en des duplications de longs segments d’ADN, dans lesquels chaque
unité comprend entre 10 000 et 30 0000 paires de nucléotides. Les grands segments semblent avoir été copiés d’un
locus chromosomique à un autre site, sur le même chromosome ou sur un chromosome différent, et incluent probablement quelques gènes fonctionnels.
Contrairement à des copies dispersées de longues séquences,
l’ADN de simple séquence contient de nombreux exemplaires de courtes séquences répétitives en tandem, comme
dans l’exemple suivant (montrant un seul brin d’ADN) :
… GTTACGTTACGTTACGTTACGTTACGTTAC …
Dans ce cas, l’unité répétée (GTTAC) consiste en cinq
nucléotides. Les unités répétées peuvent contenir jusqu’à
500 nucléotides, mais elles en renferment souvent moins
de 15. Lorsque l’unité contient de 2 à 5 nucléotides, la série de
répétitions est appelée répétitions courtes en tandem ou
STR (pour short tandem repeat) ; nous avons examiné l’utilisation de l’analyse des répétitions courtes en tandem pour préparer les profils génétiques au chapitre 20. Dans un génome
donné, le nombre d’exemplaires de l’unité répétée peut varier
d’un site à l’autre. Il pourrait y avoir plusieurs centaines de
milliers de répétitions de l’unité GTTAC à un site, mais seulement la moitié de ce nombre à un autre. L’analyse des répétitions courtes en tandem est effectuée sur des sites choisis pour
leur nombre relativement faible de répétitions. Le nombre de
répétitions peut varier d’une personne à l’autre, et comme les
humains sont diploïdes, chaque personne possède deux allèles
par site, qui peuvent être différents. Cette diversité produit la
variation représentée dans les profils génétiques qui résulte de
l’analyse des répétitions courtes en tandem. Dans l’ensemble,
l’ADN de simple séquence forme 3 % du génome humain.
Dans un génome donné, une grande partie de l’ADN de
simple séquence est située dans les télomères et dans les centromères. Cela permet de penser que cet ADN remplit un rôle
structural dans les chromosomes. L’ADN des centromères joue
un rôle essentiel au cours de la séparation des chromatides,
pendant la division cellulaire (voir le chapitre 12). De plus, il
contribue peut-être à structurer la chromatine contenue dans le
noyau pendant l’interphase – et ce, conjointement avec l’ADN
de simple séquence situé à un autre emplacement. L’ADN de
simple séquence des télomères, à l’extrémité des chromosomes,
permet d’éviter la perte de gènes lorsque l’ADN est raccourci à
chaque réplication (voir le chapitre 16). L’ADN des télomères
protège également les chromosomes en se liant à des protéines
ayant pour fonction d’empêcher les extrémités de ceux-ci de se
dégrader ou de se joindre à d’autres chromosomes.
Les gènes et les familles multigéniques
Nous terminerons notre examen des divers types de séquences d’ADN dans les génomes d’Eucaryotes par une étude
plus détaillée des gènes. Souvenez-vous que les séquences
d’ADN qui codent pour les protéines ou donnent naissance
aux ARNt ou aux ARNr ne constituent pas plus de 1,5 % du
génome humain (voir la figure 21.7). Si l’on inclut les
introns et les séquences régulatrices associés aux gènes, la
quantité totale d’ADN apparenté aux gènes (codant et non
codant) représente environ 25 % du génome humain. Autrement dit, seulement environ 6 % (1,5 % de 25 %) de la longueur du gène moyen est représentée dans le produit final
du gène.
enzymes requises pour ce déplacement peuvent être encodées
par un élément transposable, incluant celui qui se déplace.
Certaines autres unités sont des séquences apparentées et qui
ont complètement perdu la capacité de se déplacer. Les éléments transposables et les séquences apparentées constituent
de 25 à 50 % du génome de la plupart des Mammifères (voir
la figure 21.7), et ces pourcentages sont encore plus élevés
chez les Amphibiens et les plantes supérieures. En fait, la très
grande taille des génomes de certains Végétaux est attribuable
non pas à des gènes supplémentaires, mais à des éléments
transposables additionnels. Par exemple, le génome du maïs
est composé à 85 % de telles séquences !
Chez les humains et les autres Primates, une grande partie de l’ADN apparenté aux éléments transposables est formée d’une famille de séquences semblables, appelées
séquences Alu. À elles seules, ces séquences représentent
environ 10 % du génome humain. Les séquences Alu, qui
peuvent être répétées près d’un million de fois chez l’humain, ont une longueur d’environ 300 nucléotides. Elles
constituent des séquences beaucoup plus courtes que la plupart des éléments transposables fonctionnels et elles ne
codent pour aucune protéine. Cependant, de nombreuses
séquences Alu sont transcrites en ARN dont la fonction dans
la cellule reste inconnue à ce jour, si fonction il y a.
Un pourcentage encore plus élevé (17 %) du génome
humain est constitué d’un type de rétrotransposon appelé
LINE-1, ou L1. Ces séquences sont beaucoup plus longues
que les séquences Alu (environ 6 500 paires de bases) et leur
vitesse de transposition est faible. Comment expliquer un tel
processus ? Des recherches récentes ont révélé la présence de
séquences dans L1 qui empêchent la progression de l’ARN
polymérase, l’enzyme nécessaire à la transposition. Une analyse génomique effectuée au cours de ces recherches a permis
d’établir la présence de séquences L1 dans les introns de près
de 80 % des gènes humains étudiés, ce qui donne à penser
que L1 aiderait à réguler l’expression génique. Selon d’autres
chercheurs, les rétrotransposons L1 exerceraient des effets
différentiels sur l’expression génique dans le développement
des neurones, contribuant à la grande diversité des types de
cellules neuronales (voir le chapitre 48).
Bien que de nombreux éléments transposables codent
pour des protéines, ces dernières n’interviennent pas dans
des fonctions cellulaires normales. Par conséquent, on inclut
habituellement les éléments transposables ainsi que d’autres
séquences répétitives dans la catégorie des ADN « non
codants ». Une forme d’hémophilie héréditaire, par exemple,
est causée par une protéine devenue anormale (le facteur
VIII) par suite de l’insertion dans le chromosome X d’un
transposon provenant du chromosome 22.
Les autres aDN répétitifs,
dont l’aDN de simple séquence
L’ADN répétitif qui n’est pas apparenté aux éléments transposables est probablement apparu à la suite d’erreurs survenues au cours de la réplication ou de la recombinaison de
l’ADN. Cet ADN représente autour de 14 % du génome
humain (voir la figure 21.7). Environ un tiers de ce pourcentage (5 à 6 % du génome humain) consiste en des duplications de longs segments d’ADN, dans lesquels chaque
unité comprend entre 10 000 et 30 0000 paires de nucléotides. Les grands segments semblent avoir été copiés d’un
locus chromosomique à un autre site, sur le même chromosome ou sur un chromosome différent, et incluent probablement quelques gènes fonctionnels.
Contrairement à des copies dispersées de longues séquences,
l’ADN de simple séquence contient de nombreux exemplaires de courtes séquences répétitives en tandem, comme
dans l’exemple suivant (montrant un seul brin d’ADN) :
… GTTACGTTACGTTACGTTACGTTACGTTAC …
Dans ce cas, l’unité répétée (GTTAC) consiste en cinq
nucléotides. Les unités répétées peuvent contenir jusqu’à
500 nucléotides, mais elles en renferment souvent moins
de 15. Lorsque l’unité contient de 2 à 5 nucléotides, la série de
répétitions est appelée répétitions courtes en tandem ou
STR (pour short tandem repeat) ; nous avons examiné l’utilisation de l’analyse des répétitions courtes en tandem pour préparer les profils génétiques au chapitre 20. Dans un génome
donné, le nombre d’exemplaires de l’unité répétée peut varier
d’un site à l’autre. Il pourrait y avoir plusieurs centaines de
milliers de répétitions de l’unité GTTAC à un site, mais seulement la moitié de ce nombre à un autre. L’analyse des répétitions courtes en tandem est effectuée sur des sites choisis pour
leur nombre relativement faible de répétitions. Le nombre de
répétitions peut varier d’une personne à l’autre, et comme les
humains sont diploïdes, chaque personne possède deux allèles
par site, qui peuvent être différents. Cette diversité produit la
variation représentée dans les profils génétiques qui résulte de
l’analyse des répétitions courtes en tandem. Dans l’ensemble,
l’ADN de simple séquence forme 3 % du génome humain.
Dans un génome donné, une grande partie de l’ADN de
simple séquence est située dans les télomères et dans les centromères. Cela permet de penser que cet ADN remplit un rôle
structural dans les chromosomes. L’ADN des centromères joue
un rôle essentiel au cours de la séparation des chromatides,
pendant la division cellulaire (voir le chapitre 12). De plus, il
contribue peut-être à structurer la chromatine contenue dans le
noyau pendant l’interphase – et ce, conjointement avec l’ADN
de simple séquence situé à un autre emplacement. L’ADN de
simple séquence des télomères, à l’extrémité des chromosomes,
permet d’éviter la perte de gènes lorsque l’ADN est raccourci à
chaque réplication (voir le chapitre 16). L’ADN des télomères
protège également les chromosomes en se liant à des protéines
ayant pour fonction d’empêcher les extrémités de ceux-ci de se
dégrader ou de se joindre à d’autres chromosomes.
Les gènes et les familles multigéniques
Nous terminerons notre examen des divers types de séquences d’ADN dans les génomes d’Eucaryotes par une étude
plus détaillée des gènes. Souvenez-vous que les séquences
d’ADN qui codent pour les protéines ou donnent naissance
aux ARNt ou aux ARNr ne constituent pas plus de 1,5 % du
génome humain (voir la figure 21.7). Si l’on inclut les
introns et les séquences régulatrices associés aux gènes, la
quantité totale d’ADN apparenté aux gènes (codant et non
codant) représente environ 25 % du génome humain. Autrement dit, seulement environ 6 % (1,5 % de 25 %) de la longueur du gène moyen est représentée dans le produit final
du gène.