CNDP Anagène Manuel utilisateur

Collection « Analyse de données, simulation… »
ANAGÈNE
Analyse de séquences nucléiques et protéiques
version 1.8
Sélection en sciences de la vie et de la Terre
À consulter dans les logithèques des CRDP et CDDP
et à découvrir dans la librairie sur le site du CNDP
http://www.cndp.fr
COLLECTION « ANALYSE DE DONNÉES, SIMULATION… »
Anagène
Écol 1
En Jeu Ma Planète
Génie génétique II
Géocéan : vol. 1, 2, 3
Léman
Magma
Nut
Réhor
Rouge-gorge
analyse de séquences nucléiques et protéiques
sensibilisation à la notion d’équilibre écologique
découverte ludique des enjeux de l’environnement
simulation d’une manipulation génétique
géodynamique océanique, subduction et expansion
un écosystème en chiffres
simulation de la cristallisation magmatique
équilibre de la ration alimentaire
régulation de la sécrétion des hormones sexuelles
étude expérimentale d’un comportement
COLLECTION « IMAGERIE SCIENTIFIQUE »
Explorer le corps
Explorer le corps
Information génétique
Information génétique
Observ’AO
Explorer la Terre
surfaces d’échange
communication nerveuse
reproduction conforme
brassage
observer avec l’aide de l’ordinateur
la télédétection
COLLECTION « DÉCOUVERTE DE LA NATURE »
Les Oiseaux d’Europe encyclopédie multimédia interactive permettant de
gérer ses observations
Découvrir la planète Terre notre environnement en 7 thèmes : la planète, l'eau,
l'air, la Terre, la vie, les Hommes, les défis
COLLECTION « PROGRÈS »
Infogène
L’Étang
Communication et systèmes nerveux
Mitose-Méiose
ressources pour l’étude de l’information génétique
découvrir un écosystème
explorer, identifier, analyser des documents
conservation et brassage de l’information génétique
Collection « Analyse de données, simulation... »
ANAGÈNE
Analyse de séquences nucléiques et protéiques
Centre national de documentation pédagogique
Institut national de recherche pédagogique
L'édition de logiciels et multimédias
est coordonnée par le CNDP,
Service national des productions imprimées et numériques,
29, rue d'Ulm, 75005 Paris.
Chef de service :
Annie Leprince
Chefs de Projet
Maurice Bouyssou (coordination)
Catherine Bouyssou
Daniel Buret
Sylvie Fumel
Marie-Line Périllat-Mercerot
Développement
Érik Boucher (coordination)
David Elvecque
Robert Lagoutte
Yves Lévine
Micro-édition
Fabien Biglione
Sylvie Morel
Ghislaine Rochette
Graphisme
Marie-Claude Barbier
Fabrication
Monique Amoura
ISBN 2-240-00530-0 (2e édition, © CNDP, 2003)
ISBN 2-240-00479-7 (1re édition, © CNDP, 1997)
Collection « Analyse de données, simulation… »
ANAGÈNE
Analyse de séquences nucléiques et protéiques
Discipline Biologie
Niveau Lycée, Enseignement supérieur.
Sujet Expression de l’information génétique, polymorphisme des gènes,
famille multigénique, prévisions en génétique humaine.
Conception CNDP, Service national des productions imprimées et numériques,
MAURICE BOUYSSOU,
professeur de sciences naturelles
INRP, Département Technologies nouvelles et éducation,
NAOUM SALAMÉ,
ingénieur de recherche
Documentation scientifique JEAN-CLAUDE HERVÉ,
et pédagogique IPR-IA de sciences de la vie et de la Terre.
BERNARD THERRIÉ,
professeur de sciences naturelles associé à l’INRP
Adaptation CNDP, Service national des productions imprimées et numériques,
et développement ÉRIK BOUCHER,
ingénieur en informatique et biologie
Aide en ligne MAÏTÉ DEFAYSSE, YVAN VINCENT,
bio-informaticiens
Adaptation de l’aide et de la JEAN-CLAUDE LE HIR,
documentation à la version 1.8 professeur de sciences naturelles et formateur académique
Conduite du projet
MAURICE BOUYSSOU,
professeur de sciences naturelles et d’option informatique,
coordinateur des collections hors ligne au SnPIN
Configuration minimale
Compatible PC Pentium, 32 Mo de RAM, carte vidéo 256 couleurs,
Windows 95 et suivants, disque dur avec 10 Mo.
Remerciements
BERNARD THERRIÉ, lycée Parc-des-Loges à Évry (91),
MICHEL COSTE, lycée Camille-Claudel à Vauréal (95),
JACQUES BARRÈRE ET JEAN-YVES DUPONT, lycée Paul-Louis-Courier à Tours (37),
enseignants associés aux recherches de l’INRP
JEAN-CLAUDE LE HIR, lycée Henri-Moissan à Meaux (77),
MARTINE PERNODET, lycée Romain-Rolland à Ivry (94),
membres du groupe de recherche disciplinaire « Biologie informatique et géologie » (BIG)
de l’académie de Créteil
SOMMAIRE
PRÉSENTATION................................................................................................................ 9
PRISE EN MAIN............................................................................................................... 11
L’environnement d’Anagène ........................................................................................... 11
L’interface d’Anagène ..................................................................................................... 12
Les données fournies avec Anagène................................................................................ 14
Les données personnelles de l’utilisateur ........................................................................ 17
L’édition et les traitements de séquences ........................................................................ 21
Le classeur d’Anagène..................................................................................................... 28
GUIDE DE RÉFÉRENCE................................................................................................ 29
Les commandes des menus.............................................................................................. 29
Les icônes de la barre d'outils.......................................................................................... 30
Les raccourcis clavier ...................................................................................................... 31
Le visionneur d'animations.............................................................................................. 32
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES............................................................................... 33
Introduction ..................................................................................................................... 33
Expression de l’information génétique............................................................................ 35
Les relations génotype-phénotype ................................................................................... 43
Polymorphisme des gènes ............................................................................................... 52
Familles multigéniques.................................................................................................... 74
Détermination des génotypes et prévision en génétique humaine................................... 86
BIBLIOGRAPHIE .......................................................................................................... 117
INDEX DE LA BANQUE DE SÉQUENCES ............................................................... 119
INDEX DES THÈMES D’ÉTUDE ................................................................................ 127
INDEX DES PROGRAMMES ET DOCUMENTS ..................................................... 131
PRÉSENTATION
Anagène est un logiciel d’analyse de séquences nucléiques et protéiques qui propose dans un
environnement Windows, quelques uns des traitements présents dans les logiciels SEQAID II (D.D.
Rhoads et D.J. Rouffa, Université du Kansas, versions 1987, 1989, 1992 pour MS-DOS) et CLUSTAL W
(D. Higgins, European Molecular Biology Laboratory (EMBL), version 1.8 1998, pour MS-DOS). Le
premier comporte une gamme de traitements simples pour l’édition et l’analyse de séquences
nucléiques et protéiques, alors que le second est spécialisé dans l’alignement multiple de séquences.
CLUSTAL figure au Biocatalogue de l’Institut Européen de Bioinformatique (EBI, Royaume Uni),
station du EMBL. Des versions de ce logiciel peuvent être téléchargées à l’adresse suivante :
http://corba.ebi.ac.uk/Biocatalog/biocatalog_algt.html
La version initiale d’Anagène, diffusée en 1997, a constitué une première phase dans la construction
d’un nouvel outil qui assure une continuité avec les logiciels précités. Il convient de souligner en
particulier que les traitements de SEQAID II utilisés à des fins pédagogiques sont conservés dans
Anagène. À ces traitements s’ajoute l’alignement multiple de séquences réalisé par Clustal. Les
séquences associées aux deux versions de SEQAID II sont également intégrées dans Anagène de telle
sorte que toutes les démarches pédagogiques proposées précédemment soient aisément réalisables.
Cette documentation emprunte à deux publications de l’INRP — « Analyse de séquences nucléiques
et protéiques avec le logiciel SEQAID II » (1993) et « Thèmes d’étude en génétique humaine » (1995) —
de larges extraits en ce qui concerne les informations scientifiques et les propositions pédagogiques, la
manière de réaliser ces dernières étant adaptée pour tenir compte des facilités apportées par Anagène.
Cette nouvelle version 1.8 d’Anagène, diffusée sur cédérom, a été totalement réécrite pour s’intégrer
aux nouveaux environnements Windows et apporter des améliorations d’ordres fonctionnel et
ergonomique, notamment en ce qui concerne l’accès aux thèmes d’étude, la puissance des outils de
traitement, la navigation dans les séquences et le repérage des positions des éléments, la gestion des
nouveaux formats de médias dont ceux accessibles en ligne.
La version 2, en cours de développement, disposera en plus d’un module graphique de ressemblance,
outil de traitement que possédait SEQAID II et qui est déjà intégré dans la version 1.8 d’Anagène sans
être encore fonctionnel. D’autre part, cette nouvelle version 2 sera enrichie d’une banque de séquences
constituée en fonction des nouveaux programmes et qui fait l’objet actuellement d’expérimentations.
Dès leur disponibilité, ce nouveau moteur logiciel, les nouvelles séquences et les suggestions
pédagogiques produites par les équipes associées à l’INRP seront téléchargeables à partir du site du
CNDP à l’adresse de l’espace dédié à Anagène :
http://www.cndp.fr/svt/anagene/
9
PRISE EN MAIN
L’ENVIRONNEMENT D’ANAGÈNE
Anagène fonctionne dans l’environnement Windows. Les dimensions de la fenêtre d’exécution du
programme s’adaptent automatiquement aux paramètres d’affichage définis dans la configuration.
Néanmoins, pour améliorer le confort visuel, et si la carte graphique le permet, il est préférable de
travailler avec une résolution de 800 x 600 pixels. On se référera au manuel d’utilisation de Windows
ou à celui de la carte graphique pour effectuer les adaptations nécessaires.
Sous Windows 95 et versions suivantes, lors de l’installation, Anagène est ajouté à la liste des
programmes accessibles par le menu Démarrer.
Après un temps de chargement d’autant plus rapide que le micro-ordinateur est de type récent et une
phase d’initialisation nécessaire, l’interface d’Anagène apparaît.
11
PRISE EN MAIN
L’INTERFACE D’ANAGÈNE
Anagène est constitué d’une fenêtre-mère présentant sous la barre de titre, une barre de menus et une
barre d’outils.
Les modes de déplacement et de sélection pilotés à l’aide de la souris ou du clavier obéissent aux
règles adoptées par Windows.
Par ailleurs, lorsque le pointeur de la souris est maintenu quelques instants en place sur l’un des objets
de l’écran tels par exemple un bouton de la barre d’outils, une bulle d’aide apparaît et rappelle la
fonction qui lui est associée.
Ainsi les fonctions d’Anagène sont accessibles soit à travers les différentes options de la barre des
menus soit directement pour la plupart par l’intermédiaire des boutons de la barre d’outils. Certaines
12
PRISE EN MAIN
commandes des menus sont aussi directement applicables par l’utilisation de raccourcis clavier ; le
détail en est précisé dans le Guide de référence (p. 29 et suiv.) et accompagne les commandes dans les
menus déroulants du logiciel.
Menu Fichier
On y trouve les options classiques de gestion de fichiers, à savoir l’accès aux banques de données du
logiciel (séquences, programmes et documents), la création, l’ouverture, l’importation,
l’enregistrement, l’impression de fichiers de séquences, et la possibilité de quitter le logiciel.
Menu Edition
Il permet d’accéder aux commandes présentes dans la plupart des logiciels d’édition ou de traitement
de texte, à savoir les commandes liées au presse-papiers de Windows (Couper, Copier, Coller), les
commandes d’effacement, de sélection, de recherche, d’inversion et de tri de séquences. Certaines de
ces commandes ne sont applicables aux séquences que si la commande Protéger les données du menu
Options n’est plus cochée. En effet, au lancement du logiciel, les séquences chargées dans la fenêtre
d’édition sont par défaut ainsi protégées.
Menu Traiter
Il contient les commandes assurant les trois grands types de traitements qu’il est possible d’effectuer
sur les séquences, à savoir :
• les conversions de séquences nucléiques en séquences peptidiques et inversement pour les
séquences peptidiques l’affichage des différents codons possibles ;
• les comparaisons de séquences qu’elles soient simples ou par alignement mettant en évidence
les discontinuités ;
• l’action d’enzymes de restriction sur des séquences d’ADN ;
• le graphique de ressemblance représente un quatrième traitement à venir et qui sera
disponible à partir de la version 2.
Menu Options
Il permet de déprotéger les séquences et d’en autoriser la modification, de définir le type de curseur
(simple ou grand curseur) et de règle graduée (en caractères ou en triplets) utilisés, d’afficher ou non
les bulles d’aide.
Menu Fenêtre
On y retrouve de classiques options propres à Windows, à savoir les commandes d’organisation des
fenêtres et des icônes. La liste des fenêtres-filles présentes dans la fenêtre mère d’Anagène y est aussi
accessible.
Menu Aide
Il contient la commande A propos d’Anagène qui renseigne sur la version du logiciel et sur son
édition. L’aide en ligne accessible avec la touche de fonction F1 est aussi disponible dans ce menu. Si
Anagène fonctionne sur un micro-ordinateur connecté à Internet, des informations et données
complémentaires disponibles sur les sites Internet du CNDP et de l’INRP peuvent être consultées dans
un navigateur et téléchargées. Un lien mène également vers un site dédié à Anagène. L’accès à ces
sites est réalisé à partir de l’option @ Complément en ligne.
13
PRISE EN MAIN
LES DONNÉES FOURNIES AVEC ANAGÈNE
La banque de séquences
Destinée en priorité à l’enseignant, cette banque comporte toutes les séquences utilisées pour la
constitution de thèmes d’étude. Chaque séquence y figure en un seul exemplaire, associée à un
pictogramme spécifique en relation avec sa nature (séquence nucléique de type ADN, ARN ou
séquence protéique) et est assortie d’un commentaire.
Pour charger une ou plusieurs séquences de la banque, il faut ouvrir la boîte de dialogue intitulée
Banque de séquences. Elle est accessible par le menu Fichier ou en cliquant sur le premier bouton de
la barre d’outils. Les séquences sont classées par dossiers, eux-mêmes ordonnés de manière
arborescente. Pour les atteindre, il convient de déployer plus ou moins cette arborescence et de
sélectionner le dossier désiré. Dans la partie droite de la boîte de dialogue s'affiche alors la liste des
séquences disponibles dans ce dossier. Une ou plusieurs séquences peuvent être sélectionnées, elles
apparaissent alors en inversion vidéo. Un clic porté sur le bouton Infos renseigne sur la nature de la
dernière séquence pointée qui apparaît alors encadrée. Un clic porté sur une séquence déjà
sélectionnée ou la fermeture de la branche correspondante de l’arborescence la désélectionne.
La validation de la sélection d’une ou plusieurs séquences effectuées est obtenue en cliquant sur le
bouton OK ou en appuyant sur la touche Entrée. Elle provoque la fermeture de la boîte de dialogue et
le chargement des séquences sélectionnées dans la fenêtre d’Affichage des séquences qui apparaît
alors à l’écran. La répétition de cette procédure permet d’ajouter de nouvelles séquences dans cette
fenêtre. Le bouton Annuler provoque la fermeture de la boîte de dialogue et les séquences qui ont pu
être sélectionnées ne sont pas chargées.
L’enseignant peut ainsi constituer des regroupements de séquences pour constituer des thèmes
d’étude personnalisés.
14
PRISE EN MAIN
Les thèmes d’étude
C’est l’entrée normale pour les élèves. Les thèmes sont regroupés par grandes sections correspondant
à différents contenus d’apprentissage en relation avec les programmes. Dans chaque section on trouve
les problématiques introduites par chaque groupe de séquences et si nécessaire un découpage plus fin
en thèmes d’étude.
Les séquences sont regroupées et classées par dossiers thématiques, eux-mêmes ordonnés de manière
arborescente. Pour les atteindre, il convient de déployer plus ou moins cette arborescence et de
sélectionner le dossier désiré; il n’est possible de sélectionner qu’un seul thème d’étude à la fois. Dans
la partie droite de la boîte de dialogue s'affiche alors la liste des groupes de séquences disponibles
dans ce dossier. Le bouton Annuler de la boîte de dialogue provoque sa fermeture et le thème qui a
pu être sélectionné n’est pas chargé. La validation de la sélection d'un ou de plusieurs groupes de
séquences d'un même dossier thématique s’obtient, ici encore, en cliquant sur le bouton OK ou en
appuyant sur la touche Entrée. Cette validation provoque la fermeture de la boîte de dialogue et le
chargement de l’ensemble des séquences que le thème d’étude peut contenir. La fenêtre d’Affichage
des séquences apparaît alors à l’écran.
15
PRISE EN MAIN
La répétition de cette procédure permet de charger d’autres thèmes d’étude. Un message signalant le
changement de thème d’étude demande alors s’il n’est pas souhaitable de fermer les autres fenêtres
ouvertes lors de l’étude du thème précédent de façon à vider totalement l’espace de travail avant de
charger un nouveau thème d’étude.
Les programmes et documents
À chaque thème d’étude, une série de documents peut être associée (images fixes, tableaux, schémas,
séquences animées). Il appartient à l’enseignant de les exploiter dans l’ordre qui lui convient.
L’exploration de l’arborescence des Programmes et documents disponibles est identique à celle de la
banque de séquences. Le libellé des titres sélectionnés apparaît toujours en inversion vidéo et les
boutons OK et Annuler exercent les fonctions déjà rencontrées dans les paragraphes précédents.
Les fenêtres des documents chargés s’empilent dans l’espace de travail d’Anagène mais comme toutes
les fenêtres d’Anagène, elles disposent d’un bouton de réduction en icône et de la possibilité de
modifier leurs dimensions tout en respectant les proportions du document.
Il est aussi possible de charger des documents textuels, iconographiques (images aux formats BMP,
WMF, RLE, DIB, GIF ou JPG et animations de type AVI, MOV, MPG, MP2, MPEG, ou ASF) et même
des programmes exécutables propres à l’utilisateur qui pourront enrichir les possibilités d’Anagène.
Cette fonction est assurée par la commande Ouvrir du menu Fichier qui assure aussi l’ouverture de
fichiers de séquences, de résultats de traitements, et de thèmes d’étude enregistrés en d’autres lieux
sur différents supports informatiques (disquette, disque dur, etc.). Il est à noter que la lecture des
animations et vidéos numériques n’est possible que si les pilotes correspondants sont correctement
installés.
Quant aux programmes externes (type exe ou com) ainsi associés à Anagène, il est possible de les
exécuter à la condition que la mémoire vive du micro-ordinateur soit suffisante. Si des paramètres,
voire des fichiers sont à passer au programme externe, il est nécessaire de les déclarer dans la ligne de
commande accessible par le menu Edition. Cette ligne d’édition n’apparaît que lorsque la barre de
titre du programme externe révèle par sa couleur que la fenêtre est activée. Le lancement d’un
programme externe, par exemple la calculatrice de Windows présentée dans la copie d’écran, s’obtient
16
PRISE EN MAIN
par un clic de la souris pointée sur le bouton intitulé Exécuter le programme externe. Le retour dans
Anagène s’obtient en quittant le programme externe selon la procédure qui lui est propre. Plusieurs
programmes peuvent ainsi être associés à Anagène mais ils peuvent être aussi répertoriés dans les
données propres à l’utilisateur.
LES DONNÉES PERSONNELLES DE L’UTILISATEUR
Anagène est un logiciel ouvert qui permet d’intégrer, par le biais de menus personnalisés, les
séquences créées ou chargées par l’utilisateur, les documents textuels ou iconographiques dont il
dispose ainsi que les nouveaux thèmes d’étude qu’il peut souhaiter concevoir pour le public auquel il
s’adresse. Anagène constitue ainsi un outil de travail d’autant plus performant que des programmes
complémentaires peuvent lui être associés.
La méthode consiste à choisir dans l’espace de travail les éléments qui viendront enrichir les banques
de données personnelles. Ces éléments peuvent être de différents types : séquences isolées, fenêtre de
séquences, résultat d’un traitement, fenêtres avec les résultats de plusieurs traitements, documents
textuels, images fixes, animations, programmes, ensemble des fenêtres présentes dans l’espace de
travail.
Pour sauvegarder l’un ou l’autre de ces éléments, il suffit d’utiliser la commande Enregistrer
accessible dans le menu Fichier ou plus simplement de cliquer sur le bouton disquette de la barre
d’outils.
La boîte de dialogue Enregistrer... apparaît alors. Après avoir sélectionné ce que qui doit être
enregistré, vous devez alors choisir la destination des données. Ce choix dépend de la nature des
données et des objectifs.
17
PRISE EN MAIN
Après définition du choix de l’une des trois banques de données - un thème d’étude par exemple - et
confirmation obtenue après validation, la fenêtre du menu correspondant est ouverte.
Il faut commencer par ajouter un utilisateur et lui donner un nom. Ensuite on pourra associer un
thème d’étude qui recevra aussi un intitulé.
Sur la copie d’écran suivante, on voit que deux noms d'utilisateurs ont déjà été enregistrés. À la classe
de première S1 est déjà associé un thème et on s’apprête à y associer un nouveau.
18
PRISE EN MAIN
Les libellés des thèmes et des utilisateurs sont modifiables. La suppression d’un utilisateur n’est
possible que s’il ne contient aucun thème. La suppresion d’un thème s’obtient en effaçant le libellé
dans la ligne d’édition.
L’ajout de séquences
Les séquences que l’on souhaite ajouter au menu des séquences personnelles peuvent avoir trois
origines différentes.
Les séquences fournies
Ces séquences, peuvent être chargées à partir de la banque de séquences ou des thèmes d’étude
fournis. Pour mettre ces séquences dans le dossier d’un utilisateur, il convient de les sélectionner dans
la fenêtre d’affichage/édition d’Anagène et d’en demander l’enregistrement dans la banque de
séquences personnelles.
Les séquences créées avec l’éditeur d’Anagène
La commande Créer du menu Fichier fait passer la fenêtre d’affichage de séquences en mode édition.
Au moment de la création, choisir l'un des quatre types possibles : ADN, ARN, Peptidique ou Texte
sachant que l'on peut modifier le nom proposé par défaut.
La validation en cliquant sur le bouton OK ou en appuyant sur la touche Entrée déclenche l'ouverture
de la fenêtre Édition des séquences .
Selon les cas, « l’alphabet » disponible est limité aux caractères autorisés :
• A, T, G, C, N pour les séquences d’ADN, la lettre N désignant les bases non définies ;
• A,U, G, C, N pour les séquences d’ARN, la lettre N désignant les bases non définies ;
• le code 3 lettres ou 1 lettre adopté au lancement d’Anagène pour désigner les acides aminés
des séquences peptidiques, les lettres Xxx ou X désignant les acides aminés non définis ;
• les caractères alphabétiques, numériques et les signes de ponctuation pour les lignes de texte
servant de commentaire.
En cas d'erreur de saisie lors de la création de séquences nucléiques ou peptidiques, l'appui sur le
bouton situé à l’extrémité droite de « l’alphabet » efface la dernière phase de saisie. Il est donc
19
PRISE EN MAIN
recommandé, lors de la saisie de longues séquences, de cliquer périodiquement hors de la ligne
d'écriture pour protéger les données déjà saisies.
Les séquences importées
La commande Ouvrir du menu Fichier permet de charger les séquences sauvegardées sur disque,
disquette ou autre support informatique. Ces séquences peuvent avoir été créées avec un éditeur ou
un traitement de texte et sauvegardées au format texte avec pour extension ADN, COD, ARN, PRO. Si
Anagène n’a pas pu déterminer la nature d’un fichier de séquence, il propose à l’utilisateur de
l’identifier et même de le modifier s’il le souhaite. Il reconnaît en particulier les séquences au format
du logiciel SEQAID.
La suppression d’une séquence ajoutée par l’utilisateur dans la banque de séquences personnelles
s’effectue en six étapes ;
• afficher la séquence,
• demander son enregistrement grâce à la commande Enregistrer du menu Fichier,
• sélectionner son nom,
• demander à Renommer la séquence en cliquant sur le bouton droit de la souris,
• effacer le libellé de la séquence et valider.
• accepter la suppression en cliquant sur le bouton OK.
La suppression d’un utilisateur ne se fait que si la liste des séquences personnelles de cet utilisateur
est vide.
L’ajout de thèmes d’étude
Malgré la variété des thèmes d’étude fournis, il est possible d’en créer de nouveaux adaptés à une
stratégie pédagogique personnelle ou à un public déterminé.
Un thème d’étude est constitué par l’enregistrement de toutes les fenêtres présentes dans l’espace de
travail d’Anagène, même si elles sont réduites en icônes. Ces fenêtres peuvent provenir des
chargements effectués à partir des banques de séquences, des thèmes d’études ou des programmes et
documents fournis ou personnels, des compléments en ligne téléchargés. Ces fenêtres peuvent aussi
résulter des traitements effectués sur les séquences. Enfin, elles peuvent être importées grâce à la
commande Ouvrir du menu Fichier qui propose types de fichiers suivants :
• Séquences nucléiques et protéiques qui seront chargés dans la fenêtre d’affichage de
séquences d’Anagène ;
• Traitements, fenêtres de résultats des conversions, comparaisons, actions enzymatiques
effectuées sur des séquences et sauvegardées lors de précédentes sessions de travail avec
Anagène ;
• Textes, fichiers créés avec des éditeurs ou des traitements de texte et enregistrés au format
texte (extension TXT) ;
• Internet, fichiers de pages au format HTM ou HTML en téléchargeant sur le réseau Internet ;
20
PRISE EN MAIN
•
Images, provenant en particulier de banques de la collection Imagerie Scientifique éditée par
le CNDP ou issues d’autres sources ; les formats reconnus sont : BMP, WMF , RLE, DIB, GIF
ou JPG ;
• Vidéos, au format AVI, MOV, MPG, MP2, MPEG ou ASF, qu’elles soient d’origine
infographique ou obtenues par numérisation de vidéogrammes ;
• Programmes, qu’il s’agisse des fichiers de commandes BAT ou PIF ou de programmes
exécutables au format EXE ou COM.
• Thèmes d’étude, créés au cours d’autres sessions avec Anagène et enregistrés sur disque dur ,
disquette ou autre support informatique.
La première étape de la création d’un nouveau thème d’étude personnel, consiste donc à ne conserver
dans l’espace de travail d’Anagène que les fenêtres souhaitées et en éliminant de la fenêtre
d’affichage/édition, les séquences inutiles. La seconde étape a pour but d’enregistrer le thème
d’étude.
La suppression d’un thème d’étude créé par l’utilisateur se fait de la même manière que la
suppression d’une séquence.
L’ajout de programmes et de documents
Toute fenêtre présente dans l’espace de travail d’Anagène, quel que soit son contenu (programme
exécutable, document iconographique ou textuel, séquences ou résultat de traitement de séquences),
peut être ajoutée dans la liste des programmes et documents personnels. Il est à noter que c’est la
fenêtre active, c’est à dire celle dont la barre de titre est en inversion vidéo, qui constituera, selon sa
nature, le programme ou le document à enregistrer. On utilisera à cet effet la commande Enregistrer
du menu Fichier.
Ici encore, ce programme ou ce document aura pour origine l’une des banques fournies avec le logiciel
ou pourra être importé grâce à la commande Ouvrir du menu Fichier.
La suppression d’un programme ou d’un document ajouté par l’utilisateur s’effectue de la même
manière que la suppression d’une séquence.
L’ÉDITION ET LES TRAITEMENTS DE SÉQUENCES
L’édition de séquences
Il convient de bien noter au préalable que :
• les banques de séquences et de thèmes fournies ne sont pas modifiables par l’utilisateur
enseignant ou élève avec le logiciel Anagène lui-même ;
• au début d’une session de travail, les séquences sont protégées contre une éventuelle
altération, et il convient donc de les déprotéger dans le menu Options si on veut utiliser des
traitements qui modifient ces séquences ;
• la modification de séquences ne peut avoir lieu que dans la fenêtre d’édition des séquences ; le
seul fait de décocher « Protéger les données » transforme la fenêtre Affichage des séquences
en Édition des séquences et réciproquement ;
• les commandes d’édition sont regroupées dans le menu Edition et directement accessibles
pour certaines à partir de leurs icônes ; noter la présence dans ce groupe de la commande
d’inversion de séquences ;
• il est recommandé de dupliquer toute séquence avant de la modifier par l'usage du pressepapiers (Copier et Coller) ; les modifications étant limitées par l'« alphabet » propre à chaque
type de séquence, l'espace n'étant autorisé que dans les lignes de commentaires ;
21
PRISE EN MAIN
•
l'ordre vertical dans lequel se trouvent les séquences dans la fenêtre Affichage des séquences
ou Edition des séquences peut être modifié :
en triant (commande Trier du menu Fichier) les séquences sélectionnées par ordre
alphabétique croissant, inverse, ou par succession de types de séquences (ADN-ARNPeptidique ou Peptidique-ARN-ADN) ;
- en cliquant sur les flèches situées en haut et en bas des boutons de sélection de la liste des
séquences, la ligne pointée et sélectionnée pourra monter ou descendre dans cette liste de
séquences ;
le décalage d'une séquence est possible en cliquant sur les boutons de décalage.
-
•
Les traitements de séquences
•
•
•
•
•
Les commandes des traitements se trouvent dans le menu Traiter et sont regroupées en quatre
catégories : conversion de séquences, comparaison de séquences, action enzymatique et
graphique de ressemblance.
Remarque : le module graphique de ressemblance est en cours de développement et sera
présent dans la version 2 d’Anagène.
Un traitement n’est applicable que si un nombre suffisant de séquences déjà sélectionnées est
atteint et si ces séquences sont de même nature ; pour sélectionner une séquence, il faut
cliquer sur son bouton de sélection, ce qui provoque un affichage en inversion vidéo de son
libellé.
Après traitement, les séquences perdent leur sélection et il convient d’effectuer une nouvelle
sélection pour appliquer de nouveau un traitement ; chaque traitement donne lieu à un choix
d’options à valider dans une boîte de dialogue spécifique ; ces options restent mémorisées au
cours d’une session de travail.
Les résultats d’un traitement sont par défaut dirigés vers la ou les fenêtres spécifiques du
traitement ; lorsqu’un traitement engendre de nouvelles séquences qui peuvent à leur tour
être l’objet d’un traitement, celles-ci peuvent être placées dans la fenêtre d'Affichage des
séquences ou d' Edition des séquences à la suite des séquences déjà présentes.
La conversion de séquences
Cette fonction peut être appliquée sur les séquences nucléiques ou peptidiques et simultanément sur
plusieurs séquences si elles sont de même nature.
Si les séquences sélectionnées appartiennent à de l’ADN ou de l’ARN, une boîte de dialogue
spécifique propose de cocher les conversions souhaitées et la fenêtre de destination.
Pour une conversion en séquence peptidique la traduction simple est proposée par défaut, mais on
peut faire un autre choix. Il est important de noter qu’il ne s’agit pas de « traduction biologique » dans
22
PRISE EN MAIN
la mesure où cette conversion s’effectue du premier triplet jusqu’au premier codon Stop rencontré en
respectant le code génétique mais sans tenir compte de la présence d’un codon d’initiation. Pour que
la traduction commence effectivement au codon initiation, choisir alors Traduction au premier ATG.
L’option Traduction des phases ouvertes assure les conversions correspondantes d’une séquence du
premier codon d’initiation rencontré jusqu’au premier codon de terminaison, en commençant
respectivement par la première base, la seconde et la troisième (les trois cadres de lecture).
L’option Position des phases ouvertes de lecture permet de repérer les codons spécifiques de
l’initiation (symbolisés par >>>) et de la terminaison (symbolisés par ~~~).
On peut aussi, avec les commandes du menu Edition, Copier une sélection effectuée dans une
séquence et la Coller dans la fenêtre d’édition en tant que nouvelle séquence à traiter. Il faut garder à
l’esprit que le logiciel Anagène est un outil qui assure des traitements définis à l’initiative de
l’utilisateur et que l’interprétation des résultats lui incombe.
Si les séquences sélectionnées sont de nature peptidique, la seule option de conversion autorisée
consiste à déterminer en ADN ou en ARN, les codons possibles pour chaque acide aminé.
La comparaison de séquences
Pour être appliqué, ce traitement nécessite que deux séquences au moins, toutes les deux de nature
nucléique ou peptidique, soient au préalable sélectionnées dans la fenêtre d’affichage/édition.
23
PRISE EN MAIN
Deux types de comparaison sont possibles :
•
Comparaison simple à partir de la première position dans chacune des séquences ; ce mode
est plus particulièrement indiqué pour comparer par exemple des allèles d’un même gène
comportant le même nombre de bases.
• Remarque : si un décalage des séquences a été introduit avant la comparaison, il peut être
ignoré en cochant la case Ignorer le décalage courant dans la boîte de dialogue Options de
comparaison.
• Alignement avec discontinuité : l’algorithme de comparaison utilisé par les chercheurs en
biologie moléculaire fait intervenir plusieurs paramètres définis par défaut ; le principe
consiste à arranger les séquences de manière à obtenir le plus grand nombre d’identités ; ce
mode est indiqué lorsque les séquences ne sont pas de même longueur ;
• Alignement avec discontinuités par paires accéléré : l'algorithme de comparaison utilisé avec
cette option est plus ancien , plus rapide mais moins précis.
Le résultat du traitement s’affiche dans une fenêtre spécifique qui se place, comme pour les autres
traitements appliqués, en dessous de la fenêtre d’affichage des séquences.
La première des séquences sert de référence pour la comparaison. L’information accessible par le
bouton correspondant de la barre d’outils reconnaissable à son « Point i » fournit à propos de la ligne
pointée, le degré de similtude entre les séquences et la signification des symboles utilisés.
24
PRISE EN MAIN
Dans le cas d’une comparaison simple, il est possible, dans la fenêtre de résultat, de provoquer le
décalage d’une séquence en cliquant sur les boutons de décalage et d’obtenir immédiatement les
modifications du résultat de la comparaison à la séquence de référence.
L’alignement avec discontinuités nécessite des temps de calcul d’autant plus importants que les
séquences sont nombreuses, longues et différentes.
Il convient d’explorer les séquences avec la barre de défilement horizontal pour découvrir les régions
plus ou moins semblables.
Remarque : si l’on souhaite, pour une comparaison, changer de séquence de référence, il suffit avec les
flèches situées en haut et en bas des boutons de sélection de la fenêtre d’affichage des séquences, de
remonter ou de descendre la séquence pointée et sélectionnée. On a intérêt à bien choisir l’ordre des
séquences en fonction du degré de ressemblance entre elles. Si la comparaison porte sur trois
séquences et que deux d’entre elles sont semblables, leur ressemblance sera plus évidente si l’une des
deux sert de référence.
L’action enzymatique
L’analyse avec des enzymes de restriction s’applique aux séquences d’ADN sélectionnées au préalable
dans la fenêtre d’affichage/édition. Le choix des enzymes s’effectue dans la boîte de dialogue
suivante.
Cette boîte de dialogue se présente comme une série de sélections préétablies d'enzymes de restriction
utiles au traitement de certaines séquences dans le cadre d'études de prévisions en génétique humaine
et d'une banque d'enzymes organisée en dossiers dans lesquels les enzymes se trouvent classées en
25
PRISE EN MAIN
fonction de la longueur du site de coupure qu'elles reconnaissent. Quand un dossier est ouvert, les
enzymes sont à sélectionner dans la liste qui s'affiche au milieu et à Ajouter dans la fenêtre de droite.
Dans cette fenêtre, à droite, avec Sélection d'enzymes, il est possible :
• d'ajouter de nouvelles enzymes présentes dans d'autres dossiers ;
• de décocher chacune d'elle en cliquant sur la coche ;
• de retirer l'enzyme sélectionnée en cliquant sur le bouton Retirer ;
• de retirer la totalité des enzymes de cette liste en cliquant sur le bouton Effacer la liste.
De plus, cette sélection peut être mémorisée en cliquant sur le bouton droit de la souris au niveau de
Lots personnels (situé tout en bas de l’arborescence), puis en cliquant sur Ajouter un lot personnel et
en lui donnant un nom.
Ainsi ces fichiers d’enzymes pourront être ouverts lors d’une nouvelle session de travail en cliquant
sur le bouton Fichier.
Deux modes de représentation de l’action enzymatique sont prévus : la visualisation sous la forme
d’un tableau ou d’un graphique, les deux modes pouvant être retenus simultanément.
Après validation de la liste des enzymes sélectionnées, les fenêtres de résultat se superposent en
dessous de la fenêtre d’affichage / édition des séquences.
On peut voir les deux fenêtres avec les commandes du menu Fenêtre d’Anagène qui permettent divers
affichages dont le mode Mosaïque. Il est à noter qu’en présence de fenêtres contenant des documents
iconographiques, ce mode ne peut être parfait, les proportions des images étant toujours respectées.
La fenêtre Action enzymatique présente le mode d'affichage Tableau et montre le nombre de sites
reconnus par chaque enzyme de la sélection active (enzymes cochées dans la liste Sélection
d'enzymes) agissant sur chaque séquence nucléique sélectionnée.
La fenêtre Carte de restriction présente le mode d’affichage Graphique et illustre l’action d’une
enzyme de restriction sur une des séquences traitées. On peut faire varier soit la séquence choisie, soit
26
PRISE EN MAIN
l’enzyme. Il faut explorer la carte de restriction en déplaçant la « loupe » le long de la séquence pour y
découvrir les sites de coupure.
La valeur du % d'identités permet de rechercher des sites plus ou moins strictement identiques à celui
que chaque enzyme détecte.
Bien d’autres données associées à ces tableaux de résultats et accessibles par le bouton Informations
sur la ligne pointée... sont disponibles tant sur les sites d’action que sur les fragments de séquences
d’ADN obtenus. Comme pour les autres fenêtres d’informations, il est possible d’en imprimer le
contenu ou de le copier dans le presse-papiers de Windows.
27
PRISE EN MAIN
LE CLASSEUR D’ANAGÈNE
Il s’agit d’un utilitaire qui permet à l’élève de sauvegarder simplement et temporairement les
séquences qui, trop nombreuses, viennent à encombrer la fenêtre d’affichage des séquences ou les
résultats des traitements effectués.
Sa simplicité tient au fait qu’il n’y a pas à parcourir l’arborescence du disque dur pour y enregistrer
des fichiers. Après avoir sélectionné les séquences de la fenêtre d’affichage ou la fenêtre de résultat à
sauvegarder, il suffit de cliquer sur le bouton correspondant de la barre d’outils pour l’ouvrir. Les
données pourront alors être intégrées au classeur par l’ajout de leur libellé et de l’heure
correspondante.
En fin de session, ce classeur est vidé après affichage d’un message d’avertissement invitant à en
visiter le contenu pour récupérer si besoin des données. Le disque dur n’est pas ainsi surchargé avec
des fichiers inutiles.
En cas de coupure inopinée de l’électricité ou de réinitialisation du micro-ordinateur, le contenu du
classeur est récupérable dès le lancement d’Anagène.
28
GUIDE DE RÉFÉRENCE
LES COMMANDES DES MENUS
Menu Fichier
Banque de séquences affiche sous forme arborescente la liste des séquences disponibles.
Thèmes d'étude affiche sous forme arborescente la liste des thèmes d'étude prédéfinis.
Programmes et documents affiche sous forme arborescente la liste correspondante.
Créer permet de créer une séquence nucléique, protéique ou une ligne de texte.
Ouvrir permet de choisir un fichier dans l'arborescence des répertoires et l'ouvre dans l'espace
de la fenêtre mère d'Anagène.
Intégrer permet d'entrer les données chargées directement dans la banque.
Enregistrer assure la sauvegarde de séquences, d'une fenêtre ou de l'ensemble.
Imprimer imprime les séquences choisies et les résultats de traitements appliqués.
Quitter permet, après confirmation, de quitter définitivement le logiciel Anagène.
NB : Il est toujours proposé d'enregistrer une fenêtre dont le contenu a changé avant de la fermer.
Menu Edition
Couper permet de mémoriser une sélection dans le presse-papiers ; de plus il efface la sélection.
Copier permet simplement de mémoriser une sélection dans le presse-papiers.
Coller permet de recopier à l'emplacement du curseur, la sélection mémorisée dans le pressepapiers.
Effacer permet de supprimer définitivement une sélection.
Sélectionner tout assure la sélection de l’ensemble des séquences d’une fenêtre.
Désélectionner tout annule les sélections effectuées dans une fenêtre.
Rechercher permet de rechercher dans la séquence où se situe le curseur, les occurrences d’une
chaîne de caractères.
Minuscules
convertit en minuscules la sélection effectuée dans la fenêtre d’édition des
séquences.
Majuscules convertit en majuscules la sélection effectuée dans la fenêtre d’édition des séquences.
Inverser la séquence provoque l’inversion de la séquence pointée dans la fenêtre d’édition des
séquences.
Trier les séquences organise dans l’ordre choisi les séquences de la fenêtre d’affichage/édition
des séquences.
Menu Traiter
Convertir les séquences affiche ADN brin non transcrit, ADN brin transcrit, ARNm, séquence
peptidique, codons possibles pour un polypeptide.
Comparer les séquences compare des séquences à une séquence de référence à partir de la
première position et réalise l’alignement avec discontinuités.
Action enzymatique révèle les sites d’action d’enzymes de restriction sur des séquences d’ADN.
Graphique de ressemblance compare deux séquences en produisant une matrice rectangulaire.
(Remarque : ce traitement est en cours de développement et sera présent dans la version 2
d’Anagène).
29
GUIDE DE RÉFÉRENCE
Menu Options
√ Protéger les données empêche toute modification de séquence dans la fenêtre d’affichage.
√ Grand curseur allonge le curseur sur la hauteur de l’ensemble des séquences jusqu’à l’échelle et
sur la largeur de la sélection en cours.
√ Règle en triplets affiche la règle graduée en triplets plutôt qu’en caractères.
√ Bulles d'aide affiche les bulles d'aide associées aux objets de l’interface.
Menu Fenêtre
Mosaïque
place les fenêtres côte à côte tout en respectant les proportions des documents
iconographiques.
Cascade organise les fenêtres en les superposant légèrement décalées.
Réorganiser les icônes aligne les fenêtres réduites en icônes grâce au bouton de réduction situé à
droite de la barre de titre.
Les titres des fenêtres permettent d'accéder directement aux fenêtres désirées.
Menu Aide
À propos d’Anagène affiche les informations relatives à l'édition du logiciel.
Rechercher de l'aide assure la recherche sur les mots clés indexés de l’aide.
Sommaire de l’aide permet d'accéder au sommaire de l’aide en ligne.
@ Complément en ligne affiche une page HTML si un navigateur récent est fonctionnel sur le
micro-ordinateur. Cette page comporte des liens vers les sites du CNDP et de l'INRP ainsi qu'un
lien vers un site dédié à Anagène. En l'absence de navigateur récent, le micro-ordinateur affiche
une page comportant les adresses de ces sites.
LES ICÔNES DE LA BARRE D'OUTILS
Première série : banques de données
1- Afficher l’arborescence de la banque de séquences.
2- Afficher l’arborescence de la liste des thèmes d'étude.
3- Afficher l’arborescence de la liste des programmes et documents.
Deuxième série : outils de sauvegarde
1- Voir le classeur.
2- Enregistrer les séquences sélectionnées, la fenêtre active ou l’ensemble des fenêtres.
3- Imprimer les séquences choisies et les résultats des traitements appliqués.
Troisième série : outils d’édition
1- Couper une sélection et la mémoriser dans le presse-papiers.
2- Copier une sélection et la mémoriser dans le presse-papiers.
3- Coller à l'emplacement du curseur, la sélection mémorisée dans le presse-papiers.
4- Effacer définitivement une sélection.
30
GUIDE DE RÉFÉRENCE
Quatrième série : outils de traitement
1- Convertir les séquences : affiche ADN brin non transcrit, ADN brin transcrit, ARNm, séquence
peptidique, codons possibles pour un polypeptide.
2- Comparer les séquences à une séquence de référence à partir de la première position et réaliser
l’alignement avec discontinuités.
3- Révéler les sites d’action d’enzymes de restriction sur des séquences d’ADN.
4- Afficher le graphique de ressemblance des deux séquences sélectionnées.
Remarque : l’icône est active mais n’affiche qu’un message rappelant que le module graphique de
ressemblance est en cours de développement.
Cinquième série : accès aux informations
1- Renseigner la séquence pointée ou d’un résultat d’un traitement pointé.
2- Afficher le tableau interactif du code génétique en ARN.
Avant-dernière icône : gestion du curseur
Allonger le curseur sur la hauteur de l’ensemble des séquences et de la règle et sur la largeur de la
sélection en cours ou rétablir le curseur par défaut.
Dernière icône
Après confirmation, fermer toutes les fenêtres.
LES RACCOURCIS CLAVIER
Alt F4 permet, après confirmation, de fermer toutes les fenêtres puis de quitter Anagène.
Ctrl F4 provoque la fermeture de la fenêtre active.
Ctrl C permet de copier une sélection et de la mémoriser dans le presse-papiers.
Ctrl X permet de couper une sélection et de la mémoriser dans le presse-papiers.
Ctrl V permet de coller à l'emplacement du curseur, la sélection mémorisée dans le pressepapiers.
Ctrl A permet de sélectionner toutes les séquences de la fenêtre active.
Ctrl B supprime ou rétablit les bulles d’aide.
Ctrl R permet de rechercher dans la séquence une suite de caractères préalablement sélectionnée
ou saisie au clavier.
Ctrl I permet d’imprimer les séquences choisies et les résultats de traitements appliqués.
F1
F3
F4
F5
F6
F7
affiche l’aide en ligne du logiciel.
permet d'atteindre l'occurrence suivante dans une recherche sur une suite de caractères.
permettra d’activer le graphique de ressemblance.
modifie l’aspect du curseur.
modifie l’aspect de la règle graduée.
assure les traitements de conversion de séquences.
31
GUIDE DE RÉFÉRENCE
F8 assure les traitements de comparaison de séquences.
F9 assure les traitements enzymatiques sur les séquences d’ADN.
F12 permet d’enregistrer les séquences sélectionnées, la fenêtre active ou l’ensemble des fenêtres.
Maj F4 organise les fenêtres en cascade.
Maj F5 organise les fenêtres en mosaïque tout en respectant les proportions des documents
iconographiques.
Suppr efface définitivement une sélection.
Entrée
provoque le même effet qu'un clic sur le bouton OK ou sur tout autre bouton de
validation de choix.
Echap provoque le même effet qu'un clic sur le bouton Annuler pour abandonner un choix.
Alt Lettre soulignée équivaut à un clic sur la commande correspondante d'un menu déroulant.
LE VISIONNEUR D'ANIMATIONS
Le visionneur d'animations permet d'agir sur le déroulement de l'animation ou de la vidéo chargée.
Lancement de la lecture de l'animation ou de la vidéo.
Pause dans la lecture de l'animation ou de la vidéo.
Arrêt de la lecture et repositionnement au début de l'animation ou de la vidéo.
Positionnement par déplacement du curseur la lecture à un moment précis.
Activation ou désactivation du son qui accompagne l'animation ou la vidéo.
Règlage du volume sonore par déplacement du curseur le long de la barre.
.
32
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
INTRODUCTION
Au lycée, tous les programmes de sciences de la vie et de la Terre en vigueur depuis la rentrée de
septembre 2002 accordent une place importante aux relations existant entre le génotype d’un
organisme et son phénotype.
En seconde, l’accent est mis sur l’universalité et la variabilité de la molécule d’ADN.
En première S, l’ensemble du programme de la partie sciences de la vie s’articule autour des relations
existant entre le génotype d’un organisme et son phénotype. L’étude de la synthèse protéique permet
d’établir le lien entre gènes et protéines ; l’élève doit donc savoir expliquer comment la diversité
phénotypique résulte d’interactions complexes entre la variabilité génétique et l’environnement.
En première L et ES, les applications biotechnologiques sont le prolongement de la mise en évidence
de la relation génotype-phénotype.
En terminale S, il s’agit de faire comprendre l’apparente contradiction entre stabilité et variabilité, tant
au niveau de la géosphère que de la biosphère. L’établissement de phylogénies moléculaires rend
compte de la stabilité et de la variabilité des génomes. L’évolution des espèces sera envisagée au
travers des processus de formation des nouveaux allèles et de formation des nouveaux gènes par
mutation et duplication des gènes. L’adaptabilité et la variabilité du système immunitaire et son
évolution résultent de l’interaction entre le génotype et l’environnement.
Un des trois thèmes enseignés en spécialité de terminale S traite des débuts de la génétique aux enjeux
actuels des biotechnologies. L’utilisation des enzymes de restriction a ouvert la voie au clonage des
gènes et de leur séquençage permettant de connaître un grand nombre de séquences de gènes dont on
saisit mieux la répartition des différents allèles au sein des populations humaines.
On dispose donc dans la littérature scientifique et les banques de données internationales
d’informations qui peuvent servir de support pour traiter les sujets inscrits aux programmes. Reste
donc le problème de l’approche pédagogique permettant aux élèves de se les approprier.
L’édition, la conversion, la comparaison de séquences, ainsi que leur étude avec les enzymes de
restriction constituent des outils d’analyse simples et particulièrement adaptés pour mettre les élèves
en situation de résolution de problèmes. Les stratégies pédagogiques proposées ont pour
dénominateur commun de solliciter l’initiative des élèves dans le choix des séquences pertinentes et
des traitements à réaliser, ainsi que dans l’enchaînement des actions adéquates en fonction des
résultats obtenus.
Les fonctions du logiciel Anagène sont suffisamment simples et les thèmes d’étude assez variés pour
permettre aux enseignants des choix alternatifs et leur laisser toute liberté dans la conception d’autres
approches.
La banque de séquences et les thèmes d’étude fournis avec cette version 1.8 d’Anagène ont été
initialement établis pour la version 1 diffusée en 1997. Depuis septembre 2002, tous les programmes
des sciences de la vie et de la Terre au lycée ont changé. Cependant, la majorité des thèmes d’étude
proposés ci-après conservent leur intérêt pédagogique et peuvent toujours s’intégrer dans les
nouvelles orientations et attentes des nouveaux programmes. Le téléchargement de séquences, de
nouveaux thèmes d’étude proposés sur le site de l’INRP dédié à Anagène et orientées vers les
nouveaux programmes enrichiront et diversifieront les démarches pédagogiques.
33
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Le tableau ci-dessous établit la correspondance possible entre les thèmes d’étude et la banque de
séquences livrés avec la version 1.8 et leur exploitation dans le cadre des nouveaux programmes en
vigueur en 2002.
EXPRESSION DE L’INFORMATION
Seconde
Première L
Première ES
Première S
Terminale
S
Spécialité TS
GÉNÉTIQUE
RELATIONS PHÉNOTYPE-GÉNOTYPE
Phénotype drépanocytaire
Phénotype thalassémique
Phénotype « groupe sanguin ABO »
Phénotype clinique phénylcétonurique
POLYMORPHISME DES GÈNES
Polymorphisme de ABO
Polymorphisme de AT
Polymorphisme de IT15
Polymorphisme de HLA
Polymorphisme du CMH
FAMILLES MULTIGÉNIQUES
Gènes des globines
Gènes des HLA
Gènes des hormones hypophysaires et
placentaires
GÉNOTYPES ET PRÉVISIONS EN GÉNÉTIQUE
HUMAINE
Déficit en G6PD
Albinisme
Rétinites pigmentaires
34
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
EXPRESSION DE L’INFORMATION GÉNÉTIQUE
Vue d’ensemble
Les programmes
Les documents d’accompagnement apportent quelques précisions sur l'application des programmes :
• En première S, il s’agit de mettre en place les deux grandes étapes de la synthèse :
transcription et traduction. Le brin transcrit sert de matrice à la construction de l’ARN
messager (ARNm), construction catalysée par l’ARN polymérase.
La synthèse protéique est localisée dans le cytoplasme et décrite de manière très simple : les
ribosomes sont présentés comme des outils de cette synthèse ; le codon initiateur oriente la
lecture du message contenu dans l’ARNm et la traduction s’arrête au codon STOP.
Les élèves apprennent à utiliser le code génétique. Ce code génétique est universel, non
ambigu et dégénéré (le doublet initial peut être seul déterminant) ; la nature dégénérée du
code a pour conséquence sa redondance.
• En première L et ES, il s’agit uniquement de montrer que la séquence de nucléotides dans
l’ADN gouverne la séquence des acides aminés dans la protéine selon un système de
correspondance, le code génétique.
• Les notions de gène morcelé, d’exon et d’intron ne sont pas au programme de première S ni
de TS.
Les données
Dans cette perspective des programmes, on peut envisager l’étude de l’expression de l’information
génétique en utilisant comme support les séquences des gènes codant pour les différentes chaînes de
globine (alpha, bêta, delta et gamma) et les séquences d’acides aminés de ces chaînes. À vrai dire, ce
sont les séquences des allèles les plus répandus dans les populations humaines qui sont ici retenues.
Pour chaque gène sont fournies :
• les séquences des deux brins de l’ADN (appelées brin1 et brin2) correspondant à un ARN
messager commençant au codon d’initiation AUG et se terminant par un codon stop ; cet
ARN également fourni est dénommé ARNmcod ;
• la séquence du gène (brin non transcrit, appelé ADNc) correspondant à l’ARN messager
réellement présent dans le hyaloplasme (sans la coiffe et le poly A), appelé ici ARNm ; cet
ARNm comprend une région non codante en amont de AUG et une autre en aval du codon
stop ;
• la protéine codée par ce gène.
D’autres séquences pourront être introduites par les utilisateurs grâce aux fonctions d’édition du
logiciel.
Les prérequis
Les élèves doivent savoir au préalable que :
• l'ADN, localisé au niveau chromosomique, est le support de l'information génétique ;
• une molécule d'ADN renferme des milliers de gènes, la notion élémentaire du gène étant à ce
stade un « bout » d'ADN ;
• la structure de l'ADN, son caractère informatif et son mode de réplication ;
• l'ADN régit le phénotype à travers la synthèse des polypeptides ;
• la fonction d'une protéine dépend de sa structure spatiale laquelle est conditionnée par la
séquence des acides aminés.
35
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
L’environnement biologique
Le logiciel Anagène est capable d'accueillir et de manipuler des séquences très longues. Ceci permet de
travailler sur des gènes précis, situés sur des chromosomes déterminés et s'exprimant au sein de
cellules spécialisées.
Ces séquences sont des éléments à la fois concrets et abstraits ; avant toute explication, il importe de
les situer dans un environnement biologique. Par exemple, si on envisage la synthèse d’une chaîne
bêta d’hémoglobine par un érythroblaste, il convient de localiser le gène qui code pour cette chaîne
sur le chromosome 11 et de préciser que la localisation de la synthèse est dans le cytoplasme. Ainsi est
suggérée l’idée d’un transfert de l’information du noyau vers le cytoplasme ce qui permet
l’introduction de la notion d’ARN messager. Les deux étapes de l’expression du gène, la transcription
et la traduction, sont ainsi mises en place. En outre, au moment de l’étude de la traduction, il est
souhaitable de montrer aux élèves des polyribosomes entrain de traduire un ARN messager. Les
images et documents nécessaires sont assez répandus. L’enseignant peut s’il le souhaite ajouter ses
documents personnels à la banque de documents fournis avec le logiciel.
Approche de la transcription
Chaque groupe d'élèves travaille sur un des gènes codant pour une des chaînes de l'hémoglobine
humaine proposées et doit réaliser une démarche pouvant comprendre :
• la visualisation de l'ADN double brin et celle de l'ARNm codant ; outre la mise en évidence de
certaines différences importantes entre l'ADN et l'ARNm, cette visualisation permet de poser
le problème du caractère informatif de l'ARNm par rapport à chacun des brins de l'ADN ;
Les séquences du thème d’étude sont affichées dans la fenêtre de l’éditeur et parcourues à volonté. Cela permet une
exploration et une analyse visuelle qui délivrent, sans autre traitement, des informations utiles.
•
la comparaison des deux brins de l’ADN (sans recours aux fonctions du logiciel), qui permet
de rappeler la notion de complémentarité. La simple visualisation des séquences montre aussi
que l’ARNm codant est totalement différent de Alpha brin2 mais que les deux séquences sont
complémentaires. La comparaison de Alpha brin1 avec l’ARNm codant (fonction traiter et
comparer) avec le logiciel fournit le résultat suivant :
36
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Comparer les séquences
Affichage des 62 premiers nucléotides des deux séquences comparées.
Le tiret indique l’identité de la base par rapport à la première séquence. Les différences sont limitées aux bases
« Uracile » de l'ARNm qui remplacent les « Thymine » de l'ADN.
Compte tenu de leurs connaissances sur la structure de l'ADN et sa réplication, on peut proposer aux
élèves de réfléchir au mécanisme de synthèse de l'ARNm à partir de l'ADN. Ainsi, le brin2 apparaît
comme le brin transcrit et le brin1 comme celui qui n'est pas transcrit.
Cette comparaison permet de bien voir que la séquence de l’ARNm se déduit de celle du brin non
transcrit en remplaçant la thymine par l’uracile, et de comprendre pourquoi la communauté
scientifique écrit la séquence du gène en se limitant à celle du brin non transcrit.
Noter que pour tous les autres thèmes d’étude envisagés dans ce document, seules les séquences
des brins non transcrits des gènes, limitées à la région strictement codante, sont présentes dans la
banque de données.
Fermer toutes les fenêtres
Approche de la traduction
Principe de la traduction du message génétique codé par l’ARNmcod
La visualisation de polyribosomes permet d'introduire l'idée que ces organites contribuent à la
traduction de l'ARN messager en lisant le message d'une extrémité vers une autre. Le problème de
l’unidirectionalité de la traduction du message est posé. L'approche théorique classique de la
correspondance entre la séquence des nucléotides de l'ARNm (ou de l'ADN) et celle des acides aminés
du polypeptide débouche sur diverses hypothèses relatives à la longueur du codon et à l’éventualité
d'un chevauchement et de ponctuations dans la lecture.
Pour tester ces hypothèses, on signale aux élèves qu'ils peuvent partir de l'ARNmcod, et utiliser les
fonctions :
•
•
•
•
•
•
de conversion (icône
ou Convertir des séquences dans le menu Traiter) ; pour
l’obtention de la séquence peptidique, la conversion à utiliser est celle appelée « Traduction
simple » qui convertit une séquence d’ADN ou d’ARN en polypeptide à partir de la première
base de la séquence, sans contrainte de codon d’initiation ;
d’inversion (une option du menu Edition ; le dernier nucléotide devient le premier, et le
premier le dernier) ;
ou option Comparer des séquences du menu Traiter).
de comparaison (icône
Avec ces fonctions, ils doivent concevoir les démarches appropriées. Faisant suite à une
discussion collective ou bien en toute autonomie, chaque groupe d'élèves peut réaliser les
opérations suivantes :
pour une chaîne de l’hémoglobine, noter la longueur de la séquence nucléique et celle du
polypeptide correspondant fournies dans le thème d’étude ; la comparaison de ces longueurs
est un premier élément de discussion sur l'hypothèse du triplet ;
convertir la séquence d'ARNmcod en polypeptide ;
37
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Convertir les séquences
•
comparer le polypeptide résultant de cette traduction avec le polypeptide de la banque et
constater ainsi leur identité ;
•
inverser la séquence ; traduire la séquence inversée et constater que le polypeptide obtenu est
très différent du polypeptide réel. À l'issue de ces opérations, l'unidirectionalité de la
traduction est corroborée ;
traduire l'ARNmcod à partir des positions 4, 7, 10, etc. (en dupliquant la séquence et en
supprimant le premier triplet, le second, etc.) et constater qu'on obtient toujours la même
séquence polypeptidique diminuée à chaque fois d'un acide aminé. A contrario, la traduction
de l'ARNmcod à partir du 2e, 3e, 5e, 6e... nucléotide, conduit à un polypeptide différent du
polypeptide réel. Ainsi est confirmée l'idée d'une traduction de l'ARNm triplet par triplet,
sans chevauchement.
•
Le code génétique
Une première approche
On peut en construire le tableau de façon théorique et voir émerger des questions relatives au nombre
des triplets possibles par rapport au nombre d'acides aminés : des triplets différents peuvent-ils coder
pour le même acide aminé ? Existe-t-il beaucoup de triplets ne codant pour aucun acide aminé ?
Quelle est leur signification biologique ?
L’analyse de la séquence nucléique et du polypeptide mis en vis-à-vis (résultat de la conversion),
permet de trouver des éléments de réponse à la première question : pour cela, il suffit de relever les
triplets de l'ARNm codant pour chaque acide aminé.
À l'issue de ce relevé (qui peut être enrichi par le travail des élèves sur les ARNmcod de globines
différentes) le caractère dégénéré du code apparaît, mais il reste des triplets (non utilisés dans les
séquences étudiées) pour lesquels on ne dispose pas d'informations. Pour en savoir plus à leur sujet,
on peut créer une séquence d'ARN (option Créer dans le menu Fichier) comportant la suite de ces
triplets et en demander la conversion en polypeptide.
38
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
La création d’une séquence est facilitée par les icônes des bases : il suffit de cliquer dessus.
Les résultats seront variables en fonction de la séquence de triplets constituée, mais dans tous les cas,
les élèves seront confrontés à la signification des triplets qui ne codent pour rien. Ils devraient être
capables d'apporter la preuve qu'ils ont valeur de codons d'arrêt de la traduction. Ce travail est
important pour la compréhension des conséquences d’une mutation entraînant l’apparition d’un
codon stop anticipé (mutation non sens).
Une deuxième approche
On peut également partir de la visualisation du code génétique proposé par Anagène. Le caractère
univoque mais redondant du code génétique ressort avec évidence ; chaque acide aminé peut être
désigné de manière active par la succession des trois bases qui le codent, et chaque triplet introduit
montre l’acide aminé codé ce qui pourrait faciliter la compréhension et du code génétique.
Code génétique
On est là aussi conduit à s’interroger sur les triplets qui ne codent pour aucun acide aminé.
L’introduction de séquences d’ARN (option Créer, dans le menu Fichier) contenant l’un ou l’autre de
ces triplets, puis la conversion de ces séquences en polypeptides permettent de tester les hypothèses
formulées.
39
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Au terme de ces activités, les notions suivantes sont établies :
• un ARN messager est synthétisé à partir d'un des brins du gène à la suite d'un processus basé
sur la complémentarité des nucléotides ;
• la séquence de nucléotides de l'ARNm est la même que celle du brin non transcrit, mais les
nucléotides à uracile remplacent ceux à thymine ;
• la traduction de l'ARNm en polypeptide est unidirectionnelle et séquentielle (triplet par
triplet) ;
• un triplet de nucléotides de l'ARNm code pour un seul acide aminé ;
• plusieurs triplets codent pour le même acide aminé (ou tous les acides aminés sauf deux,
tryptophane et méthionine, sont codés par plus d'un codon) ;
• trois triplets UAA, UAG, UGA ne codent pour aucun acide aminé, mais leur insertion dans
une séquence d'ARNm entraîne un arrêt de la traduction : ce sont des codons Stop ;
• une délétion ou une addition d'un nombre de nucléotides qui n'est pas un multiple de 3 dans
une séquence d’ADN ou d’ARN, entraîne un décalage dans la lecture et un changement
presque complet du polypeptide.
Si on considère que les connaissances sur la machinerie impliquée dans la traduction (ARNt, enzymes
aminoacyl-ARNt synthétase) ne sont pas au programme de première S, on voit que le logiciel permet
d'atteindre des points significatifs de l'expression des gènes.
Fermer toutes les fenêtres
Une vision un peu plus complexe du gène et de l’ARNm
L'ARN messager réellement traduit dans la cellule est plus complexe que l'ARNm codant considéré
jusqu'ici car il comprend en amont et en aval de la région strictement codante des parties non
traduites. Il est possible de fournir cette vision plus complète en alignant (avec discontinuités)
l’ARNm complet de alpha avec l’ARNm codant correspondant strictement au polypeptide traduit.
Attention : la comparaison doit se faire avec la séquence la plus longue (Alpha ARNm) en premier,
sinon l’algorithme de comparaison place le premier A des deux AUG à l’extrémité gauche de
l’alignement. Pour remonter une séquence, il faut la désigner d’abord en pointant la ligne puis utiliser
.
le bouton
40
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Comparer les séquences
Alignement avec discontinuité montrant au début de l’ARNm complet, avant le triplet AUG, une région ne codant
pas pour la globine alpha.
Comparer les séquences
Alignement avec discontinuité montrant à la fin de l’ARNm complet une région ne codant pas pour la globine alpha.
Pour insister sur le fait que l’information génétique se trouve fondamentalement dans l’ADN, on
pourra comparer aussi comparer Alpha ADNc avec Alpha ARNm.
Comparer les séquences
L’ADNc et l’ARNm sont équivalents aux T - U près.
La question du signal de fin de traduction étant déjà élucidée, il reste celle de l'initiation de la
traduction. Si les groupes d'élèves travaillent sur des gènes différents (alpha, bêta, gamma, delta) la
présence systématique d'un codon AUG en tête de la région traduite pourra être remarquée et sa
signification précisée.
On peut également utiliser l’option de conversion appelée Traduction des cadres ouverts de lecture.
Cette option implique que la conversion commence par un codon AUG. Le logiciel affiche les
séquences peptidiques commençant par la méthionine dans les trois cadres de lecture possibles. La
séquence convertie qui correspond à la protéine réelle est déterminée par le premier AUG rencontré.
41
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Avec Alpha ARNm (donc l’ARNm complet) le résultat est le suivant :
Convertir les séquences
La conversion de Alpha ARNm dans les trois cadres de lecture possibles (en commençant par la première base, la
seconde et la troisième), fait apparaître le premier AUG dans le troisième cadre de lecture. On peut vérifier que cette
séquence correspond bien au polypeptide réel fourni dans la banque de données.
La vision du gène et celle de son expression qui découlent de cette étude peuvent être schématisées de
la manière suivante :
Il est utile de préciser que la méthionine mise en place en premier est ensuite éliminée, ce qui fait que
les polypeptides matures ne commencent généralement pas par une méthionine.
Fermer toutes les fenêtres
42
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
LES RELATIONS GÉNOTYPE-PHÉNOTYPE
Les documents d’accompagnement des programmes précisent (pour la première S) : un même gène
peut exister sous la forme de nombreux allèles. Les notions de dominance et de récessivité (envisagées
en troisième) peuvent être discutées ; seules les notions d’homozygotie, d’hétérozygotie, d’allèle
conduisant à une protéine fonctionnelle ou non sont nécessaires.
Avec un nombre limité d’exemples, on montre que le phénotype macroscopique dépend non
seulement des gènes mais aussi de facteurs environnementaux ; il s’agit seulement de dresser un
constat, les phénomènes explicatifs ne sont pas évoqués mais l’élève comprend qu’un même génotype
peut conduire à des phénotypes macroscopiques différents. On remet ainsi en question le caractère
univoque du lien direct qui pourrait être encore fait entre la possession de deux allèles d’un gène et le
phénotype macroscopique.
Les données
Les phénotypes relatifs aux hémoglobinopathies
Il s’agit du phénotype drépanocytaire et des phénotypes thalassémiques. Dans ces exemples le
polypeptide résultant de l’expression du gène est le phénotype moléculaire dont dépendent le
phénotype cellulaire et le phénotype clinique de l’organisme.
Les phénotypes du groupe sanguin A, B, O
Dans cet exemple, le polypeptide produit de l’expression du gène est une enzyme qui intervient dans
la dernière étape de la synthèse des marqueurs membranaires de ce système de groupe sanguin. Le
phénotype moléculaire, c’est à dire le marqueur membranaire, résulte de l’activité catalytique du
polypeptide expression du gène.
Le phénotype phénylcétonurique
Là aussi, le produit de l’expression du gène est une enzyme qui catalyse la transformation d’un acide
aminé, la phénylalanine, en tyrosine. Cet exemple présente surtout un double intérêt :
• sensibiliser à l’idée que le phénotype ne dépend pas que du génotype mais résulte d’une
interaction entre génotype et milieu ;
• sensibiliser à l’idée de la diversité des phénotypes phénylcétonuriques en relation avec la
diversité génétique (nombreux allèles à l’origine de la phénylcétonurie).
Le phénotype drépanocytaire
À vrai dire, on compare deux phénotypes : le phénotype drépanocytaire et un phénotype non
drépanocytaire et on montre comment les différences entre ces deux phénotypes résultent des
différences entre les génotypes. C’est un modèle incontournable car :
• c’est le meilleur exemple pour expliquer la relation entre le phénotype clinique
macroscopique et le phénotype moléculaire. Pour l’élève, il s’agit de comprendre que le
génotype ne régit que le phénotype moléculaire et qu’une intervention agissant sur les
conséquences de ce phénotype moléculaire peut modifier plus ou moins fortement le
phénotype clinique. Tout phénomène macroscopique résulte en réalité de l’interaction du
phénotype moléculaire et du milieu ;
• c’est un exemple simple mais quasi unique où un phénotype macroscopique correspond à un
seul allèle.
La cassette vidéo, éditée par le CNDP (La drépanocytose, une maladie héréditaire) introduit les notions de
phénotype clinique, de phénotype cellulaire et de phénotype moléculaire. Ainsi les signes cliniques
multiples de la maladie seront associés à un comportement anormal des molécules d'hémoglobine au
sein des hématies drépanocytaires. Cette cassette permet aussi de réfléchir à la notion de maladie
43
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
héréditaire et d'établir dans l'esprit des élèves une liaison entre la synthèse d'une chaîne bêta anormale
et la possession d'un allèle particulier du gène qui code pour cette chaîne (la notion d'homozygotie
doit être précisée).
Plusieurs images extraites de cette cassette figurent dans la banque de documents pour illustrer ce
thème. Ces documents sont à visionner dans l’ordre qui semble nécessaire. Il est possible d’y ajouter
tout autre document personnel utile pour les élèves.
Une fois établie la liaison entre les aspects macroscopiques des phénotypes drépanocytaire et non
drépanocytaire et la tendance ou non des molécules d’hémoglobine à former des polymères fibreux au
sein des hématies, on peut demander aux élèves :
• de comparer les séquences des deux séquences protéiques drépanocytaire et non
drépanocytaire ;
Comparer les séquences
44
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
•
de comparer les séquences des deux allèles correspondants ;
•
de montrer en réinvestissant les notions vues sur la synthèse des protéines comment les
différences entre les deux allèles entraîne des différences au niveau des séquences protéiques.
Fermer toutes les fenêtres
Les phénotypes thalassémiques
Il existe en réalité de nombreux phénotypes thalassémiques. Ceux envisagés dans cette banque de
données sont en relation avec l’absence de synthèse d’une chaîne bêta fonctionnelle de
l’hémoglobine. Il s’agit de thalassémies bêta majeures dont les manifestations cliniques débutent dès
l’enfance. Les signes hématologiques sont marqués par une anémie hémolytique grave, une
morphologie des hématies très irrégulière et par un retard staturo-pondéral et des modifications du
squelette en rapport avec l’hémolyse chronique. L’évolution spontanée est constamment mortelle en
quelques années. Les malades arrivent à survivre quelques années car l’absence d’hémoglobine A1
fonctionnelle (hémoglobine formée de deux chaînes alpha et de deux chaînes bêta) est partiellement
compensée par une synthèse accrue d’hémoglobine A2 (deux chaînes alpha et deux chaînes delta) et la
persistance de synthèse d’hémoglobine fœtale (deux chaînes alpha et deux chaînes gamma).
Il n’existe pas de traitement curatif des thalassémies. Les traitements proposés sont basés sur la
transfusion mensuelle d’hématies qui, outre l’intérêt d’augmenter le taux d’hémoglobine, diminuent
l’hyperplasie de la moelle osseuse compensatrice et par là préviennent un peu les anomalies du
squelette. Ces transfusions fréquentes ont cependant pour complication une surcharge inéluctable en
fer dommageable.
L’intérêt de cet exemple est que le même phénotype macroscopique dû à l’absence de chaîne bêta
(phénotype moléculaire) peut être engendré par des génotypes différents. Il y a plusieurs allèles du
gène bêta qui peuvent être à l’origine du phénotype thalassémique possible.
Là encore, une démarche pédagogique consiste à :
• comparer les phénotypes macroscopiques thalassémique et non thalassémique et à les relier
au phénotype moléculaire : absence ou présence de chaîne bêta fonctionnelle ;
• comparer les chaînes bêta protéiques synthétisées par les diverses thalassémies à la chaîne
bêta normale et à noter les différence dans un tableau faisant ressortir la position et la nature
du changement constaté, ou bien sur un graphique.
Les séquences polypeptidiques fournies sont celles initialement synthétisées au niveau des
ribosomes. Elles possèdent donc toutes, en premier, une méthionine. Malgré leur durée de vie parfois
très brève, les polypeptides à l'origine des thalassémies envisagées figurent dans la banque de
données.
La banque renferme les séquences de 8 allèles à l'origine de thalassémies. On peut répartir le travail
entre les groupes : il est intéressant que chaque groupe étudie 3 allèles différents par la nature de la
mutation à leur origine (substitution, addition, délétion).
Pour les polypeptides, la comparaison simple permet de visualiser immédiatement les différences. Il
en est de même pour les séquences des allèles des thalassémies 1 à 3, dont la longueur est identique à
celle de l'allèle normal.
45
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Comparer les séquences
Les allèles à l'origine des thalassémies 4 à 8 ont un nombre de nucléotides différent de celui de l'allèle
normal. La comparaison révèle des séquences différentes à partir d'une certaine position. L'analyse
fine de cette région conduit à découvrir l'existence d'un décalage entre les deux séquences, dû à
l'insertion ou la délétion de 1 ou plusieurs nucléotides.
Comparaison simple de séquences montrant que le décalage est dû à la délétion dans la séquence
Tha6 nucléique de la base C en position 51.
Il est néanmoins préférable de recourir à l’alignement avec discontinuités qui montre mieux la
mutation à l’origine du décalage.
Alignement avec discontinuités des deux séquences. Le tiret bas ( _ ) montre bien où se situe la délétion dans la
séquence Tha6 nucléique (C en moins en position 51).
46
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Représentation des résultats
Les élèves doivent construire un tableau récapitulatif des informations extraites à partir des
traitements et schématiser les diverses chaînes thalassémiques par rapport à la chaîne normale.
ADN
Polypeptide
Nature du
Changement
Tha1 nucléique
Tha2 nucléique
Tha3 nucléique
Tha4 nucléique
Position dans la
séquence
nucléique
52
118
47
20
A →T
C →T
G →A
manque A
Position dans la
séquence
protéique
18
40
16
7
Tha5 nucléique
218
A en plus
73
Tha6 nucléique
51
manque C
18
Tha7 nucléique
28
C en plus
10
Tha8 nucléique
124
manque
TCTT*
42
Changement global
chaîne de 17 a.a.
chaîne de 39 a.a.
chaîne de 15 a.a.
chaîne de 18 a.a.
différences à partir du
7
chaîne de 73 a.a
le dernier différent
chaîne de 18 a.a.
le dernier différent
chaîne de 22 a.a.
différences à partir du
10
chaîne de 59 a.a.
différences à partir du
42
*Le logiciel affiche une discontinuité qui correspond à l'absence de CTTT à cause de la présence d'un T
de part et d'autre du groupement TCTT. Cette différence est due à l'algorithme d'alignement.
Les polypeptides codés par les divers allèles du gène bêta sont représentés à l'aide de segments de droites parallèles de
longueurs proportionnelles à leurs nombres d'acides aminés. Les parties identiques sont indiquées avec un trait
continu et les parties différentes avec un trait en pointillé.
L'arrêt anticipé de la traduction de l'ARNm, par suite de l'apparition d'un codon Stop plus ou moins
précoce dans la séquence, est un dénominateur commun à l'origine du phénotype thalassémique. Mais
ce codon Stop est dû à des mécanismes différents selon les allèles :
• substitution transformant un triplet codant pour un acide aminé en un codon Stop
(thalassémies 1, 2, 3) ;
47
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
•
•
délétion entraînant un décalage dans la lecture et provoquant l'apparition d'un codon Stop
plus ou moins distant de la position de la délétion (thalassémies 4, 6, 8) ;
addition d'un nucléotide entraînant un décalage de la lecture et provoquant l'apparition d'un
codon Stop plus ou moins distant dans la séquence (thalassémies 5,7).
Fermer toutes les fenêtres
Le phénotype « groupe sanguin ABO »
Les phénotypes sanguins A, B et O sont définis respectivement par la possession des antigènes
membranaires A, B et H. Cependant il est possible de retrouver les divers niveaux d’expression du
phénotype vus avec les hémoglobinopathies :
• phénotype macroscopique : il ne se révèle pas spontanément mais il se manifeste si on met les
globules rouges d’un individu en contact avec des sérums tests anti A et anti B et aussi en cas
de transfusions incompatible ;
• phénotype cellulaire : c’est la panoplie des marqueurs relatifs à ce système de groupe sanguin
présents dans la membrane des hématies mais aussi à la surface des autres cellules de
l’organisme ;
• phénotype moléculaire : les marqueurs membranaires résultent de l’action de l’enzyme
produit de l’expression du gène ; cette enzyme est en somme le phénotype moléculaire
primaire.
Une démarche pédagogique possible consiste à :
• présenter ce groupe sanguin en envisageant les divers niveaux du phénotype et en indiquant
où intervient l’enzyme dans la chaîne de biosynthèse ;
• comparer les séquences des différents allèles (prendre A comme référence) ; identifier la
nature et la position des mutations ;
• rechercher les différences au niveau des polypeptides enzymatiques ;
• demander de réinvestir les connaissances sur les mécanismes d’action des enzymes et
notamment sur le site actif pour expliquer comment les différences au niveau de l’enzyme
peuvent entraîner des différences au niveau des marqueurs.
Commentaire
La comparaison des allèles A et B montre qu'ils diffèrent par 4 nucléotides situés aux positions 523,
700, 793 et 800. Il en résulte aussi quatre différences au niveau de la séquence d'acides aminés du
polypeptide enzymatique. On peut penser qu'elles sont à l'origine des différences de spécificité vis-àvis des substrats de l'enzyme et que les quatre acides aminés en jeu participent directement ou
indirectement à la constitution du site actif de l'enzyme. Dans un article de La Recherche de mai 1993,
Hakomori précise que deux des acides aminés (leucine 265 et glycine 267) rendent l'enzyme A capable
de reconnaître la N-acétylglactosamine, les deux autres acides aminés (méthionine 265 et alanine 267)
rendent l'enzyme B capable de reconnaître le galactose. (Sans qu'on sache pourquoi, l'article de La
Recherche attribue à ces acides aminés les positions 266 et 268). L'allèle O diffère fondamentalement
des allèles A et B par une délétion en position 258 (G en moins) qui entraîne un décalage du cadre de
lecture et l'apparition d'un Stop au codon 117. Il en résulte que toute la partie du polypeptide
contenant les acides aminés précédents n'est pas synthétisée chez les individus du groupe O, ce qui
peut être relié à l'inactivité de l'enzyme.
48
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Comparer les séquences
L’allèle O est identique à l’allèle A sauf au codon 86 où on observe la délétion d’une base (-G).
La mutation au codon 86 entraîne l’apparition d’un codon stop (TAA) après le 117e codon.
Fermer toutes les fenêtres
Le phénotype clinique phénylcétonurique
Informations scientifiques
La phénylalanine hydroxylase (PAH) est une enzyme hépatique qui intervient dans la transformation
de la phénylalanine en tyrosine au niveau du foie. En cas d'inactivité enzymatique, la phénylalanine
s'accumule dans le sang (hyperphénylalaninémie) et se transforme en acide cétonique (acide
phénylpyruvique et ses dérivés) ce qui provoque une intoxication cellulaire, notamment des cellules
nerveuses. Les symptômes cliniques de la maladie sont une grave arriération psychique et des
troubles caractériels. L'acide phénylpyruvique et la phénylalanine en excès sont éliminés par les reins
dans les urines : l'enfant est atteint de phénylcétonurie. Le test de Guthrie permet de dépister une
hyperphénylalaninémie à la naissance. Ce test consiste à déposer un papier filtre imbibé d'une goutte
de sang du nourrisson sur une culture de Bacillus subtilis dont la croissance est inhibée par manque
de phénylalanine. Selon la croissance ou non de la culture bactérienne, on estimera s'il y a
hyperphénylalaninémie ou pas. En cas de résultat positif, un dosage sanguin précis de la
phénylalanine sera effectué. L'hyperphénylalaninémie dépend de l'intensité du déficit enzymatique.
La banque renferme la séquence du gène normal de la phénylalanine hydroxylase et celles de
plusieurs allèles mutés. Le tableau joint donne les caractéristiques de ces allèles et des polypeptides
qui leur correspondent, ainsi que les phénotypes cliniques des homozygotes.
49
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Séquence nucléique
Noms des
allèles
Nucléotides
changés
Nature-Position
Codons changés
Nature-Position
Polypeptide
A.A changés
NaturePosition
Phenorm
(référence)
(référence)
(référence)
Phe1
-T165
Phe2
- ATC283-284-285
TTTGAGGAG →
TTGA.......TAA60
-ATC 95
Phe55Leu....
60X
- Ile95
Phe3
C331→T
CGA111→TGA
Arg111X
Phe4
G473→A
CGG158→CAG
Arg158Gln
Phe5
- AG663-664
GAT222→TAA
Asp222X
Phe6
A696→G
CAA232→CAG
Gln232Gln
Phe7
C727→T
CGA243→TGA
Arg243X
Phe8
G735 →A
GTG245→GTA
Val245Val
Phe9
G782→A
CGA261→CAA
Arg261Gln
Phe10
G814→T
GGA272→TGA
Gly272X
Phe11
G838→A
GAA280→AAA
Glu280Lys
Phe12
T896→G
TTT299→TGT
Phe299Cys
Phe13
G1038
Phe14
CTC1093-1095
GGG346→GGC...
TAA398
CTC365
Leu347Ser....
398X
Leu365
Phe15
G1223→A
CGG408→CAG
Arg408Gln
Phe16
C1222→T
CGG408→TGG
Arg408Trp
Phe17
A1241→G
TAC414→TGC
Tyr414Cys
Type de
mutation
Phénotype
clinique de
l'homozygot
e
Normal
Délétion
décalante
Délétion non
décalante
Substitution
non sens
Substitution
faux sens
Délétion
décalante
Substitution
neutre
Substitution
non sens
Substitution
neutre
Substitution
faux sens
Substitution
non sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Délétion
décalante
Délétion non
décalante
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Sévère
Peu sévère
Sévère
Assez
sévère
Sévère
Normal
Sévère
Normal
Peu sévère
Sévère
Sévère
Sévère
Sévère
Sévère
Peu sévère
Sévère
Peu sévère
Quelques allèles du gène de la phénylalanine hydroxylase.
Arg408Gln : au 408e acide aminé, l'arginine est remplacée par la glutamine
X : absence d'acide aminé suite à la rencontre d'un codon STOP lors de la traduction
Arg111X : l'arginine 111 n'existe pas dans le polypeptide codé par l'allèle (chaîne de 110 a.a.)
Phe55Leu....60X: à partir du 55ème a.a. le polypeptide codé par l'allèle change et sa chaîne n'a que 59 a.a.
50
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
On a estimé par ailleurs l’activité de la PAH en % par rapport à l'activité normale selon les allèles
présents chez les individus homozygotes ou hétérozygotes.
Allèle2
Allèle1
Phe7
Phe11
Phe4
Phe9
Phe17
Phe7
Phe11
Phe4
Phe9
Phe17
0
1,5
3
5
6,5
10
15
16,5
20
30
25
26,5
30
40
50
Activité de la phénylalanine hydroxylase en % par rapport à l’activité normale.
Du point de vue phénotype clinique, les individus ayant une activité PAH égale ou inférieure à 10%
présentent une phénylcétonurie sévère. Au dessus de 15%, la maladie est atténuée. Le dépistage
-1
précoce de l'hyperphénylalaninémie (supérieure à 20 mg.dl ) permet la mise en place d'un régime
alimentaire pauvre en phénylalanine ; cela constitue le traitement diététique de la phénylcétonurie,
exemple d'une influence du milieu sur l'apparition ou non des symptômes de la maladie ! Les
régimes sont établis à partir de tables de composition en phénylalanine des divers aliments.
La démarche pédagogique à adopter doit veiller à bien faire réfléchir sur :
• la multiplicité des allèles à l’origine des phénotypes phénylcétonuriques ;
• la variété des polypeptides produits de l’expression de ces allèles ; bien faire comprendre
comment des substitutions différentes d’acides aminés peuvent affecter l’activité enzymatique
et conduire à des phénotypes phénylcétonuriques plus ou moins accusés ;
• le fait que le phénotype macroscopique clinique ne dépend presque pas du génotype à partir
du moment où les conséquences du phénotype moléculaire sont quasi abolies par l’action sur
le milieu (régime alimentaire).
51
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
POLYMORPHISME DES GÈNES
Le document d'accompagnement du programme de terminale S fixe les orientations à privilégier.
•
•
•
•
Le polymorphisme des gènes et les familles de gènes au sein d’une espèce doivent être
compris comme le résultat d’une accumulation des innovations génétiques au cours des
générations successives. Des liens entre génétique et mécanismes de l’évolution deviennent
compréhensibles : trois exemples sont abordés.
L'étude n'est plus centrée sur l'individu mais sur les populations au sein des espèces. La
notion de polymorphisme génique a un caractère quantitatif et implique la prise de conscience
que, pour beaucoup de gènes de l'espèce, il existe plusieurs allèles répandus dans la
population. La notion de fréquence génique est associée à celle de polymorphisme.
L'origine du polymorphisme, à savoir les mutations, est envisagée dans la perspective d'une
étude au niveau des populations.
Seuls les principes des innovations génétiques sont à connaître : duplication du gène ancestral,
divergence plus ou moins grande de copies.
Les séquences du gène qui code pour l'alpha-antitrypsine
Informations scientifiques
La protéine
L’alpha-antitrypsine est une protéine plasmatique constituée par une chaîne de 394 acides aminés et
de trois chaînes latérales glucidiques. Ces chaînes latérales se branchent sur la chaîne peptidique au
niveau de résidus asparagine en positions 46, 83 et 247. C’est une glycoprotéine globulaire dont la
masse molaire est de 52 kilodaltons ; au cours d’une électrophorèse du sérum, elle fait partie du pic
des alpha1 globulines d’où le début de son nom. La concentration plasmatique d’alpha-antitrypsine
-1
est généralement comprise entre 150 et 350 mg.dl . Cette protéine diffuse dans le liquide interstitiel où
sa concentration est toutefois plus faible, environ le dixième de ce qu’elle est dans le plasma. Les
variations de sa concentration dans le liquide interstitiel suivent celles du plasma.
La demi-vie de l’alpha-antitrypsine est de 4 à 5 jours. Cette protéine est produite et sécrétée par les
cellules hépatiques. Elle est synthétisée au niveau du réticulum endoplasmique granuleux des
cellules hépatiques sous forme d’un précurseur de 418 acides aminés. Le peptide signal formé par les
24 premiers résidus de ce précurseur est éliminé durant le passage dans les cavités du réticulum. Là,
en même temps que la protéine prend sa configuration tridimensionnelle, les trois chaînes glucidiques
y sont ajoutées. La protéine ainsi glycosylée est transférée aux saccules golgiens, complétée dans sa
partie glucidique, puis ensuite sécrétée (exocytose des vésicules golgiennes). On estime à 34 mg par
kilo de masse corporelle la production journalière d’alpha-antitrypsine.
L’alpha-antitrypsine est un inhibiteur des protéases à sérine, protéases dont le site actif comprend la
triade d’acides aminés catalytiques : acide aspartique - histidine - sérine. La trypsine, la
chymotrypsine et l’élastase des granulocytes sont des protéases de ce type. L’action inhibitrice de
l’alpha-antitrypsine sur ces protéases a été mise en évidence pour la première fois sur la trypsine, d’où
son nom. In vivo, cependant, le seul substrat réel pour l’alpha-antitrypsine est l’élastase, une
endopeptidase extrêmement puissante capable de cliver la plupart des protéines de la matrice
extracellulaire, l’élastine et les divers collagènes, notamment. Cette élastase est libérée par les
granulocytes à leur mort. Au niveau du conjonctif des alvéole pulmonaires, cette élastase est libérée à
des bas taux en permanence. L’alpha-antitrypsine protège ainsi la matrice extracellulaire des divers
organes, en particulier celle des alvéoles pulmonaires.
52
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
L'alpha-antitrypsine exerce son action inhibitrice en se liant fortement et de façon quasi irréversible au
site actif de l’élastase. Le site de liaison de l’alpha-antitrypsine est localisé au niveau des résidus
méthionine 382 - sérine 383. La méthionine 382 peut être facilement oxydée, ce qui réduit fortement
l’affinité de l’alpha-antitrypsine pour l’élastase. Il semble que la fumée de cigarette entraîne
l’oxydation de la méthionine, ce qui expliquerait, au moins en partie, l’aggravation des symptômes
chez le fumeur en cas de déficience en alpha-antitrypsine.
Le gène et ses allèles
Situé sur le chromosome 14, le gène comprend 12 200 paires de bases. Il est composé de 7 exons et 6
introns ; la région strictement codante pour la protéine se trouve au niveau des 4 derniers exons. On
connaît 75 allèles dont plusieurs avec une fréquence supérieure à 1% ; ce gène est donc très
polymorphique dans les populations humaines. La figure 1 renseigne sur la fréquence des allèles les
plus répandus et sur les concentrations plasmatiques d’alpha-antitrypsine chez les personnes
homozygotes pour chacun de ces allèles.
Allèles
Fréquence *
estimée
(en %)
Taux d'alpha-antitrypsine
dans le sang
Quantité d'alphaantitrypsine dans le
sang
(en % par rapport au normal)
(mg/dl-1) **
Risques de
maladie chez
l’homozygote
M'1(Ala237)
20-23
100
150-350
non
M1
44-49
100
150-350
non
M2
14-19
100
150-350
non
M3
10-11
100
150-350
non
S
2-4
40-70
100-200
non
Z
1-2
10-15
15-50
oui
NULL1
Rare
0
0
oui et précoces
NULL2
Rare
0
0
oui et précoces
Fréquence des allèles de l'alpha-antitrypsine et concentrations plasmatiques.
* Fréquence estimée pour la population blanche des États-Unis d'Amérique
** Quantité d'alpha-antitrypsine chez l'homozygote
53
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Le tableau ci-dessous indique les différences dans les séquences de ces allèles en prenant comme
référence l’allèle M’1 (Ala237). Ces séquences du brin non transcrit qui commencent par le codon
ATG et se terminent par un codon STOP incluent la région correspondant au peptide signal (24
acides aminés). D'autres publications faisant référence à l'alpha antitrypsine ne prennent en compte
que la séquence codante correspondant à la protéine mature qui n'inclut donc pas la partie codant
pour le peptide signal.
Séquence nucléique
Noms des
allèles
Polypeptide
Nucléotides changés
Codons changés
A.A. changés
Type de
mutation
Nature - Position
Nature - Position
Nature Position
(Référence)
C710
GCG237
Ala237
M1
C710 → T
GCG237 → GTG
Ala237Val
Substitution
M2
C710 → T
GCG237 → GTG
Ala237Val
Substitution
A1200 → C
GAA400 → GAC
Glu400Asp
Substitution
G374 → A
CGT125 → CAT
Arg125His
Substitution
C710 → T
GCG237 → GTG
Ala237Val
Substitution
A1200 → C
GAA400 → GAC
Glu400Asp
Substitution
C710 → T
GCG237 → GTG
Ala237Val
Substitution
A863 → T
GAA288 → GTA
Glu288Val
Substitution
Z
G1096 → A
GAG366 → AAG
Glu366Lys
Substitution
NULL1
- C552
TAC184 → TAG
Tyr184X
Délétion
NULL2
C710 → T
GCG237 → GTG
Ala237Val
Substitution
A721 → T
AAG241 → TAG
Lys241X
Substitution
M'1 (Ala237)
M3
S
Caractéristiques des allèles de l’alpha-antitrypsine.
Ces allèles peuvent être regroupés en 4 ensembles : les variants normaux, les variants déficients, les
variants « NULL » et les variants dysfonctionnels.
Les variants normaux (M’1, M1, M2, M3)
Ces allèles codent pour des molécules d’alpha-antitrypsine différentes mais également fonctionnelles
et sécrétées de façon équivalente. Les concentrations plasmatiques de la protéine sont du même ordre
-1
de grandeur chez les homozygotes pour chacun de ces allèles, comprises entre 150 et 350 mg.dl .
L’allèle le plus fréquent est M1 (Val237) ce qui signifie que le 237e triplet code pour la valine. Les
allèles variants normaux diffèrent les uns des autres par 1, 2 ou 3 substitutions de nucléotides,
entraînant 1, 2 ou 3 substitutions d’acides aminés dans la protéine sans modification de ses propriétés
(mutations neutres).
54
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Il existe beaucoup d’autres variants normaux que ceux présentés ici, généralement rares ou très rares ;
M4, toutefois, a une fréquence comprise entre 1 et 5% dans les populations européennes.
Les variants déficients
Les deux seuls ayant une fréquence supérieure à 1% sont les allèles S et Z.
L’allèle S code pour une protéine inhibant correctement l’activité de l’élastase, donc fonctionnelle,
mais sécrétée en plus faible quantité que les protéines codées par les variants normaux. En
conséquence, les homozygotes pour cet allèle ont une concentration plasmatique de l'alphaantitrypsine comprise entre 100 et 200 mg.dl-1. L'allèle S diffère de l’allèle M1 (Val237) par une seule
substitution de nucléotide entraînant la présence de valine en position 288 à la place d’acide
glutamique. Il semble que cette mutation entraîne une relative instabilité de la protéine, cause d’une
“ destruction ” précoce à l’intérieur même des cellules hépatiques. Cela est à l’origine de la déficience
de sécrétion. Une fois sécrétée, l’alpha-antitrypsine a une durée de vie normale.
L’allèle Z code pour une protéine ayant une activité inhibitrice de l’élastase réduite ; de plus, elle est
sécrétée en faible quantité de sorte que les concentrations plasmatiques chez les homozygotes Z sont
comprises entre 15 et 50 mg.dl-1. Cet allèle Z diffère de l’allèle normal M’1 (Ala237) par une seule
substitution de nucléotide entraînant la présence de lysine à la place d’acide glutamique en position
366. Chez les homozygotes Z, les niveaux d'ARNm sont normaux ainsi que la traduction. Cependant,
après la mise en forme des chaînes glucidiques dans le réticulum, les molécules d’alpha-antitrypsine Z
s'agrègent limitant ainsi le transfert vers l'appareil de Golgi et donc la sécrétion. La structure
tridimensionnelle de la protéine est affectée par la substitution.
Les variants « NULL »
Un homozygote pour un allèle « NULL » a une concentration plasmatique nulle d’alpha-antitrypsine.
Ces allèles sont toujours rares avec une fréquence inférieure à 0,1%. Ils diffèrent des variants normaux
soit par une substitution non sens (allèle Bellingham appelé NULL2 dans la banque) soit par une
délétion entraînant un décalage du cadre de lecture et l’apparition prématurée d’un triplet STOP
(allèle granite falls appelé NULL1 dans la banque). Les protéines codées par ces allèles sont raccourcies,
très instables et rapidement détruites.
Le variant dysfonctionnel
Un seul allèle de ce type est connu et il a été trouvé chez un seul individu... Il diffère des allèles
normaux par une substitution qui entraîne le remplacement de la méthionine du site actif de l’alphaantitrypsine par l’arginine. Il en résulte que ce type d’alpha-antitrypsine a une activité inhibitrice de
l’élastase faible, mais les concentrations plasmatiques sont normales.
Les relations de dominance entre les allèles
Les deux allèles présents chez un individu s’expriment indépendamment l’un de l’autre. On trouve
donc dans le sang, en cas d’hétérozygotie, les deux types d’alpha-antitrypsine. Les spécialistes de ce
gène disent qu’il y a codominance. Cela est vrai au niveau biochimique mais ne l’est plus au niveau
macroscopique comme le montrent les phénotypes cliniques associés aux divers génotypes.
Les phénotypes cliniques associés aux divers génotypes
Les études épidémiologiques montrent que les concentrations plasmatiques d’alpha-antitrypsine
inférieures à 80 mg.dl-1 sont associées à un risque d’emphysème pulmonaire. À ces concentrations,
l’alpha-antitrypsine inhibe insuffisamment l’élastase et celle-ci détruit peu à peu le tissu conjonctif, en
particulier au niveau des alvéoles pulmonaires, ce qui perturbe les échanges gazeux et entraîne
l’emphysème.
Les personnes possédant deux allèles « NULL » présentent les symptômes d’emphysème avant l’âge
de 30 ans et ne vivent que rarement au-delà de 40 ans. Les individus de génotype ZZ (concentration
55
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
plasmatique comprise entre 15 et 50 mg.dl-1) souffrent aussi d’emphysème mais plus tardivement et
la maladie est généralement fatale vers 60 ans. Par suite des modalités d’expression des allèles, la
possession d’un seul allèle normal suffit pour avoir une concentration plasmatique d’alphaantitrypsine protectrice vis-à-vis de l’élastase et cela même si le second allèle est un allèle « NULL ».
Les individus S/Z ont une concentration plasmatique à la limite de risque d’emphysème. Ce risque
peut être fortement augmenté par des facteurs d’environnement comme la fumée de tabac.
Évolution du gène qui code pour l'alpha-antitrypsine
Bien que l'allèle M1 (Val237) soit le plus répandu dans les populations, les spécialistes s'accordent
pour dire que l'allèle le plus ancien et seul présent dans les premières populations humaines est M'1
(Ala237). Ils s'appuient pour cela sur la séquence codante du gène connue chez le Chimpanzé qui est
identique à celle de M'1 sauf à un site (ce qui entraîne une différence entre les protéines en position
409 : méthionine chez l'Homme, valine chez le Chimpanzé). En particulier, le codon 237 est identique
dans l'allèle M'1 et chez le Chimpanzé.
Si M'1 est bien l'allèle initial, tous les autres en dérivent par mutations. En appliquant le principe de
parcimonie, on peut dire que deux allèles sont d'autant plus apparentés que le nombre de différences
entre eux est réduit. La figure 6 montre les filiations entre allèles reconnues par les spécialistes.
Utilisations pédagogiques
Analyse du tableau de fréquence des allèles
Après une présentation du rôle joué par l'alpha-antitrypsine dans l'organisme ainsi que celle du
phénotype morbide associé à sa déficience, on peut proposer l'analyse du tableau des fréquences des
allèles du gène qui code pour l'alpha-antitrypsine. Les élèves doivent discuter :
• du polymorphisme du gène ;
• des rapports entre différences au niveau du génotype et différences au niveau du phénotype ;
cette discussion peut déboucher sur une classification des allèles semblable à celle indiquée
dans les informations scientifiques (variants normaux, variants déficients, variants « NULL »).
Recherche des différences entre les allèles
Les élèves doivent comparer les séquences et noter les différences constatées dans un tableau. Une fois
rempli, ce tableau doit conduire à un premier bilan des différences entre les divers allèles et l'allèle de
référence : substitution d'un ou plusieurs nucléotides, délétion d'un nucléotide (NULL1).
Remarque : il est indiqué de choisir comme allèle de référence non pas M1 qui est le plus fréquent,
mais M'1 que les généticiens estiment l'allèle initialement présent dans les premières populations
humaines.
Recherche des conséquences des différences entre les allèles sur le polypeptide
Les élèves peuvent soit se référer au code génétique, soit utiliser la fonction de conversion de
séquences, et les comparer au polypeptide de référence. Les informations obtenues sont intégrées dans
un tableau qui doit permettre de discuter des conséquences variables des substitutions de nucléotides
sur le phénotype (distinction phénotype moléculaire, phénotype cellulaire, phénotype macroscopique
ou clinique) ainsi que de dégager l'importance du décalage du cadre de lecture en cas de délétion.
Analyse des relations génotype-phénotype chez les hétérozygotes
Depuis la classe de seconde, les élèves connaissent la localisation chromosomique des gènes et savent
que pour les gènes autosomaux, un individu possède deux allèles du même gène. Le problème de le
relation entre le phénotype et le génotype chez un organisme hétérozygote peut donc être posé. Pour
le résoudre, on peut utiliser la banque de séquences des allèles du gène de l'alpha-antitrypsine que
possèdent les individus de l'arbre ci-après.
56
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Arbre généalogique d'une famille avec troubles de l'alpha-antitrypsine.
Il ne s'agit pas de faire une analyse classique d'un arbre généalogique mais d'associer son exploitation
à la banque de données pour centrer l'étude sur les notions de dominance et de récessivité. Pour
cela, on peut demander aux élèves d'indiquer le génotype possible de l'individu ii5 (absence d'alphaantitrypsine) puis de tester leurs idées grâce au logiciel. Ils trouvent ainsi que ii5 est homozygote
NULL1/NULL1. À partir de là, les élèves sont invités à indiquer les génotypes possibles des parents
i1 et i2 et à les tester avec le logiciel. La connaissance de ces génotypes, NULL1/M'1 (pour i1) et
NULL1/M1 (pour i2) permet de travailler sur la notion de dominance en considérant le phénotype
macroscopique, puis d'en montrer la relativité en prenant en compte le phénotype biochimique.
Cet arbre peut être aussi utilisé pour renforcer l'idée qu'un phénotype macroscopique peut être dû à
des génotypes différents (individus ii1 et ii5) et que le phénotype dépend en réalité de l'interaction du
génotype et de l'environnement (individus iii2 et iii3 de même génotype S/NULL1 mais de phénotype
macroscopique différent en liaison avec le comportement de fumeur de iii3). Cela implique la
recherche des génotypes des individus de cette famille. Le tableau ci-dessous présente les résultats de
cette recherche.
57
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Allèles des
individus
Nucléotides
changés
Nature - Position
Allèles du gène
F1-i1all1.at
Référence
M'1
F1-i1all2.at
-C552
NULL1
F1-i2all1.at
C710 → T
M1
F1-i2all2.at
-C552
NULL1
F1-ii1all1.at
G1096→ A
Z
F1-ii1all2.at
G1096→A
Z
F1-ii2all1.at
Référence
M'1
F1-ii2all2.at
-C552
NULL1
F1-ii3all1.at
-C552
NULL1
F1-ii3all2.at
Référence
M'1
F1-ii4all1.at
Référence
M'1
F1-ii4all2.at
C710→T
M1
F1-ii5all1.at
-C552
NULL1
F1-ii5all2.at
-C552
NULL1
F1-ii6all1.at
C710→T
M1
F1-ii6all2.at
C710→T
M1
F1-iii1all1.at
G1096→A
Z
F1-iii1all2.at
Référence
M'1
F1-iii2all1.at
C710→T
M1
F1-iii2all2.at
-C552
NULL1
F1-iii3all1.at
-C552
NULL1
F1-iii3all2.at
C710→T
M1
Allèles portés par les individus de la famille avec troubles de l'alpha-antitrypsine.
58
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Établissement des filiations entre les allèles du gène
La discussion sur l'origine des différents allèles du gène d'alpha-antitrypsine conduit à la notion de
mutation. En admettant que l'allèle M'1 était seul présent dans les premières populations humaines,
on peut demander aux élèves de travailler sur les informations réunies dans le tableau 3 pour
imaginer l'histoire évolutive du gène qui code pour l'alpha-antitrypsine depuis les premiers hommes
jusqu'à aujourd'hui.
Leur analyse doit les conduire à proposer un schéma de filiation entre les différents allèles. Plusieurs
représentations sont possibles, celle de la figure 6 présente l'intérêt de situer cette filiation dans le
temps. Bien sûr, une indétermination totale règne sur le moment d'apparition des différents allèles.
Filiations entre les allèles de l'alpha-antitrypsine. Les pointillés indiquent seulement que le moment et l'ordre
d'apparition des allèles par mutation au cours de l'histoire de l'humanité sont inconnus.
À travers ce travail, les élèves sont amenés à réfléchir sur :
• le fait qu'un nouvel allèle apparaît par mutation d'un allèle préexistant chez un individu et se
répand plus ou moins dans les populations ;
• le degré d'apparentement des divers allèles.
59
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Les séquences du gène qui code pour la huntingtine
Informations scientifiques
Le gène et ses allèles
Ce gène, dont certains allèles sont à l'origine de la chorée de Huntington, a été isolé et séquencé en
1993. Il code pour une protéine, la huntingtine, dont le rôle est en 1995 encore inconnu. Appelé IT15, il
est situé sur le bras court du chromosome 4 et comprend 67 exons. Il s'exprime dans de nombreux
tissus, en particulier les neurones cérébraux et notamment ceux des corps striés. La région codante du
gène est caractérisée par la présence d'un triplet CAG (brin non transcrit), près de l'extrémité 5' (qui
correspond à l'extrémité NH2 de la huntingtine) répété plusieurs fois à partir de la position 52. Dans
toutes les populations humaines, il existe de nombreux allèles qui différent par le nombre de
répétitions de ce triplet CAG.
Les variants normaux
Ces variants ont un nombre de répétitions compris entre 9 et 39 ; les allèles les plus fréquents
correspondent à un triplet répété entre 17 et 21 fois. La fréquence de la majorité de ces allèles est
supérieure à 1% ce qui indique un gène très polymorphe.
Nombre de répétitions du Nombre de fois où l'allèle
triplet CAG de l'allèle
a été trouvé
11
2
12
0
13
2
14
2
15
4
16
6
17
41
18
28
19
17
20
22
21
30
22
14
23
11
24
6
25
8
26
0
27
3
28
0
29
1
30
2
31
2
33
1
Fréquence de l'allèle
(en %)
0,98
0
0,98
0,98
1,96
2,94
20,01
13,73
8,33
10,78
14,71
6,86
5,39
2,94
3,92
0
1,47
0
0,49
0,98
0,98
0,49
Fréquence des allèles normaux du gène IT15 dans une population européenne (allemande). 202 allèles analysés.
D'après Hum. Mol. Gen., 1993, vol 2, n°12, p. 2063-2067.
60
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Les variants morbides
Causes de la chorée de Huntington, ils possèdent un triplet CAG répété entre 36 et 121 fois, avec une
fréquence maximale comprise entre 42 et 46 répétitions.
Nombre de répétitions
du triplet CAG de l'allèle
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
61
63
73
75
Nombre de fois où
l'allèle a été trouvé
21
35
36
34
39
38
28
22
16
7
6
5
9
3
2
4
0
2
3
1
1
1
1
Fréquence de l'allèle
(en %)
6,69
11,15
11,46
10,83
12,42
12,10
8,91
7
5,10
2,23
1,91
1,59
2,87
0,96
0,64
1,27
0
0,64
0,96
0,32
0,32
0,32
0,32
Fréquence des allèles morbides dans une population de personnes atteintes de chorée de Huntington. D'après Hum.
Mol. Gen., 1993, vol. 2, n°12, p. 2063-2067. Toutes les personnes atteintes étaient hétérozygotes.
La très grande majorité des personnes atteintes de chorée ont un allèle du gène où le triplet est répété
plus de 40 fois. Il reste une indétermination pour un triplet répété entre 36 et 39 fois car, dans certains
cas, la possession d'un tel allèle est associée aux signes de la maladie et dans d'autres cas non.
Les phénotypes associés aux divers génotypes. Dominance et récessivité
Le codon CAG de l'ARNm - correspondant au CAG du brin non transcrit de l'ADN - code pour la
glutamine. En conséquence, les protéines codées par les différents allèles diffèrent par le nombre de
répétitions de cet acide aminé. Chez un individu hétérozygote, les deux allèles s'expriment et on
trouve donc deux types de huntingtine dans les cellules.
En ce qui concerne le phénotype macroscopique, les individus hétérozygotes possédant un seul allèle
morbide présentent les mêmes symptômes que ceux ayant deux allèles morbides : mouvements
involontaires désordonnés, perturbations du psychisme, perte de mémoire, troubles du langage et
finalement démence. Ces troubles sont liés à une destruction progressive des neurones cérébraux,
notamment de ceux des corps striés impliqués dans la motricité.
Le phénotype morbide et par extension l'allèle morbide est dominant. L'explication de cette
dominance reste très hypothétique d'autant plus que le rôle physiologique de la huntingtine est
inconnu. On a identifié des individus possédant une délétion de la région d'un chromosome 4 où est
localisé le gène IT15. Ces personnes ne possèdent qu'un seul allèle de ce gène et on constate qu'elles ne
61
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
présentent pas de signes de chorée. Il semble donc que chez l'individu choréique hétérozygote, la
huntingtine anormale a des propriétés qui entravent celles des molécules protéiques « normales ». On
ignore lesquelles et pourquoi leur effet s'avère particulièrement drastique sur les neurones des corps
striés.
L'âge d'apparition des premiers signes de la maladie varie en fonction de la nature de l'allèle morbide.
En règle générale, il est d'autant plus précoce que le nombre de répétitions du triplet CAG est élevé.
En revanche, il y a peu de corrélation avec la gravité des symptômes présentés par le patient une fois
la maladie exprimée.
En x, nombre de répétitions du
triplet CAG dans l'allèle de la
personne malade. En y, âge
d'apparition des premiers signes de
la maladie.
Une fréquence de mutations assez élevée ?
On a constaté l'apparition de cas de chorée de Huntington dans des familles où la maladie n'avait pas
été identifiée précédemment. Etant donné la dominance du phénotype morbide, ces cas semblent dus
à des néomutations. L'analyse au niveau moléculaire du gène IT15 chez de tels malades et chez leurs
parents a révélé qu'un des parents, très généralement le père, possédait un allèle avec une répétition
du triplet CAG comprise entre 30 et 38. Cet allèle paternel avait subi une expansion au cours de la
spermatogenèse conduisant à un allèle où le triplet CAG est répété plus de 40 fois. En outre, dans des
familles où le père était atteint, on a constaté une apparition plus précoce de la maladie chez les
enfants atteints, liée à la possession d'un allèle morbide ayant plus de triplets CAG que l'allèle
paternel. Il semble donc qu'au delà de 30 répétitions, l'allèle IT15 ait tendance à muter avec expansion
du triplet au cours de la spermatogenèse. Cette instabilité n'a pas été trouvée pour les allèles dont le
nombre de répétitions est inférieur à 30. Ainsi, les études au niveau moléculaire de ce gène semblent,
pour un certain type d'allèles, révéler une fréquence de mutations assez élevée alors qu'auparavant
elle était estimée très basse.
62
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Utilisations pédagogiques
Analyse du tableau de fréquence des allèles
Il est souhaitable de prendre d’abord contact avec le gène à partir de la description du phénotype
morbide qui lui est associé, celui de la chorée de Huntington. On peut alors proposer l'analyse du
tableau sur la fréquence des allèles du gène en demandant de discuter du polymorphisme d'IT15 et
d'indiquer en quoi les données corroborent l'idée que ce gène est bien la cause de la chorée.
Noms des
allèles
Fréquence des allèles dans
une population témoin
(en %)
C11
C13
C16
C17
C20
C21
C22
C23
C33
C40
C43
C45
C48
C50
C75
0,98
0,98
2,94
20,01
10,78
14,71
6,86
5,39
0,49
0
0
0
0
0
0
Fréquence des allèles dans une
population atteinte de la maladie de
Huntington
(en %)
0,33
0,81
0,33
9,06
7,6
8,09
4,2
2,25
0,16
3,35
5,42
6,05
2,05
0,95
0,16
Fréquence de quelques allèles contenus dans la banque. Dans la population étudiée, on a trouvé d'autres allèles ; il est
donc normal que la somme des pourcentages ne soit pas égale à 100. Le nom de chaque allèle indique le nombre de fois
où le triplet CAG est répété.
Recherche des différences entre les allèles
La séquence du gène IT15 qui correspond à la région codante est assez longue (9435 nucléotides), le
triplet répété débutant à la position 52. On s'est donc limité à une portion de la séquence (brin non
transcrit) commençant au triplet ATG et encadrant la partie répétée.
On demande aux élèves de rechercher les différences entre les allèles du gène et de dégager les
caractéristiques de ceux qui sont à l'origine de la chorée. On peut prendre comme référence l'allèle
dont la fréquence est la plus élevée dans les deux populations, à savoir C17. Les élèves utiliseront la
modalité de comparaison dite « Alignement avec discontinuités » mieux adaptée que la modalié de
« comparaison simple » dans ce cas (les séquences n'ont pas la même longueur). Ils remplissent le
tableau résumant les différences entre allèles qui leur sera utile par la suite.
Conséquences des différences entre allèles sur la huntingtine
Diverses stratégies sont possibles. L'une d'elles consiste à rechercher, a priori, la conséquence de la
variabilité du nombre de répétitions du triplet. La question de la position du triplet répété par rapport
au cadre de lecture du gène est alors soulevée et les élèves doivent identifier les trois solutions
imaginables et leurs conséquences au niveau de la protéine à l'aide du tableau du code génétique
(CAG → glutamine, AGC → sérine, GCA → alanine).
63
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Recherche sur les relations de dominance et récessivité entre allèles
Comme pour l'alpha-antitrypsine, on peut approcher ces notions grâce à l'arbre généalogique en
demandant aux élèves de rechercher le génotype de l'individu ii3 qui souffre de chorée. Pour cela, il
faut comparer les séquences des deux allèles de cette personne à un allèle de référence (C21) et les
identifier à l'aide du tableau précédemment construit. ii3 est hétérozygote (C21/C43) et possède un
allèle morbide.
Arbre généalogique d'une famille avec individus atteints de chorée.
Recherche d'explications sur l'évolution des phénotypes dans la famille
Les élèves doivent d'abord exprimer la contradiction existant entre les phénotypes des individus de
première génération et le génotype de ii3. Pour résoudre cette contradiction, il faut rechercher les
génotypes de i1 (C22/C33) et de i2 (C21/C16). ii3 possède un des deux allèles de sa mère mais aucun
allèle identique à ceux portés par son père. Cela doit conduire à l'idée que l'autre allèle de ii3 (C43)
provient d'une mutation subie par un des allèles du père lors de la spermatogenèse (sans doute l'allèle
possédant le plus grand nombre de répétitions du triplet CAG, l’allèle C33). On peut alors demander
aux élèves de réfléchir sur l'âge d'apparition des signes de la maladie dans les générations successives,
de proposer une explication et de la tester avec le logiciel. Ils sont ainsi amenés à construire un tableau
semblable au suivant dont l'analyse renforce la notion de mutation par expansion du triplet. La
comparaison des génotypes des individus iii2 et iii4 met l'accent sur le caractère aléatoire des
mutations : les spermatozoïdes à l'origine de ces individus possédaient respectivement un allèle muté
(C48 au lieu de C43) et un allèle identique à l'allèle paternel (C43).
64
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Allèles des individus
Nucléotides changés
Allèles du gène
F1-i1all1
22 CAG répétés
C22
F1-i1all2
33 CAG répétés
C33
F1-i2all1
21 CAG répétés
C21
F1-i2all2
16 CAG répétés
C16
F1-ii1all1
22 CAG répétés
C22
F1-ii1all2
16 CAG répétés
C16
F1-ii2al1
21 CAG répétés
C21
F1-ii2all2
22 CAG répétés
C22
F1-ii3all1
21 CAG répétés
C21
F1-ii3all2
43 CAG répétés
C43
F1-ii4all1
13 CAG répétés
C13
F1-ii4all2
20 CAG répétés
C20
F1-iii1all1
23 CAG répétés
C23
F1-iii1all2
17 CAG répétés
C17
F1-iii2all1
20 CAG répétés
C20
F1-iii2all2
48 CAG répétés
C48
F1-iii3all1
21 CAG répétés
C21
F1-iii3all2
20 CAG répétés
C20
F1-iii4all1
13 CAG répétés
C13
F1-iii4ALL2
43 CAG répétés
C43
F1-iiii1ALL1
17 CAG répétés
C17
F1-iiii1ALL2
75 CAG répétés
C75
Allèles des individus de la famille comportant des sujets atteints de chorée.
65
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Les séquences des gènes qui codent pour les glycoprotéines membranaires
HLAA, HLAB, HLAC
Informations scientifiques et contenu de la banque de données
Généralités
Chez l'Homme, les gènes du CMH sont situés très près les uns des autres sur le bras court du
chromosome 6. Ils codent pour des glycoprotéines membranaires appelées antigènes majeurs
d'histocompatibilité. Celles-ci doivent leur nom à leur capacité d'induire une forte réponse
immunitaire allogénique. Introduites chez une personne qui ne les possède pas, elles provoquent une
réaction immunitaire puissante se marquant par la destruction des cellules qui les portent en 7 à 10
jours (exemple : rejet de greffe de peau de première intention). Plus tard, on a élucidé leur fonction
biologique essentielle qui est de présenter des peptides antigéniques aux récepteurs des
lymphocytes T.
On distingue les antigènes HLA de classe I exprimés à la surface des membranes de toutes les cellules
nucléées de l'organisme, et les antigènes HLA de classe II présents uniquement sur les membranes des
cellules du système immunitaire : macrophages et plus généralement cellules présentatrices
d'antigènes (CPA), lymphocytes B et lymphocytes T activés. Les antigènes de classe II jouent un rôle
fondamental dans les communications entre cellules immunitaires indispensables au déclenchement
des réactions immunitaires. Les antigènes de classe I signalent aux lymphocytes T cytotoxiques les
cellules ayant un « soi modifié », étape indispensable à leur destruction.
Les informations les plus riches sur les séquences des gènes qui codent pour les protéines HLA
concernent celles relatives aux antigènes de classe I ; aussi, la banque ne renferme que des séquences
de ces gènes.
La structure des gènes et des protéines HLA de classe I
Les antigènes majeurs d'histocompatibilité de classe I sont codés par 3 gènes : HLAA, HLAB et HLAC.
Chaque gène comprend 8 exons et 7 introns. À vrai dire, un antigène de classe I est constitué de deux
molécules : la chaîne polypeptidique dite alpha, codée par un gène HLA, et la bêta microglobuline ; le
rôle de cette dernière est de maintenir la structure de la chaîne alpha par des liaisons chimiques faibles
et sans doute d'en permettre l'expression extracellulaire.
La chaîne alpha présente :
• une partie extracellulaire constituée par 3 domaines de 90 acides aminés chacun : les domaines
alpha1, alpha2 et alpha3 ;
• une partie intramembranaire riche en acides aminés hydrophobes permettant l'ancrage solide
de la molécule dans la membrane ;
• une partie intracytoplasmique constituant l'extrémité carboxyterminale de la molécule.
L'exon 1 correspond à l'extrémité 5' non traduite du gène et au peptide signal de 24 acides aminés ; ce
peptide signal synthétisé lors de la lecture de l'ARNm par les ribosomes permet le passage de la
chaîne polypeptidique dans le réticulum et est ensuite éliminé. Il ne se retrouve donc pas dans le
polypeptide mature.
Les séquences strictement codantes des gènes de la banque (brin non transcrit) commencent au codon
d'initiation de la traduction ATG et se terminent à un codon STOP. Elles comportent donc la partie de
l'exon 1 correspondant au peptide signal. Les exons 2, 3 et 4 du gène codent respectivement pour les
domaines alpha1, alpha2 et alpha3. L'exon 5 code pour la partie intramembranaire ; les exons 6, 7 ainsi
que le tout début de l'exon 8 codent pour la région intracytoplasmique. Les séquences de la banque ne
comprennent pas la partie de l'exon 8 non traduite située en arrière du codon STOP. Pour le locus
HLAB, l'exon 8 se trouve entièrement dans la partie non traduite du gène.
66
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
La structure tridimensionnelle d'une chaîne alpha de classe I, celle de HLAA2, a été établie par
Bjorkman en 1987. Sa caractéristique la plus remarquable est la corbeille présentatrice de peptides
antigéniques dessinée par les domaines alpha1 et alpha2.
Représentation en ruban des 181 premiers acides
aminés (sans le peptide signal). Obtenue à partir
du fichier PDB 1HHH (HLAA0201) avec le
logiciel RASMOL (Roger Sayle, Glaxo-Welcome
Research and Development Centre).
Les allèles des gènes HLA de classe I
Ce sont des gènes extraordinairement polymorphes puisqu'on reconnaît plus de 40 allèles HLAA, plus
de 60 allèles HLAB et une quinzaine d'allèles HLAC. Dans la majorité des populations étudiées, la
fréquence des divers allèles répertoriés dépasse 1% mais varie d'une population à l'autre.
Allèles
N
HLAA1
HLAA2
HLAA3
HLAA11
HLAA23
HLAA24
HLAA25
HLAA26
HLAA28
Français
355
14,6
20,9
13,6
5,7
2,8
9,5
2,5
4,2
5,5
Japonais
939
0,7
24,1
0,6
10,4
35,6
0
10,9
0
Fréquence en % de quelques allèles du locus HLAA dans deux échantillons de populations française et japonaise.
N = nombre d'individus testés dans chaque population.
D'après J. Colombani, “HLA. Fonctions immunitaires et applications médicales”, John Libbey, Eurotext, p. 205.
Les différents allèles d'un locus ont d'abord été définis sérologiquement grâce à des sérums tests
contenant des anticorps réagissant spécifiquement avec un antigène HLA produit de l'expression de
l'allèle. La technique de référence est la lymphotoxicité dépendante du complément ; c'est aussi la
technique utilisée pour le typage HLA de routine. Les sérums tests et les cellules d'une personne sont
mis en présence ; on ajoute le complément et on estime ensuite le nombre de cellules lysées. Cette
technique a permis de définir les spécificités HLAA1, HLAA2, HLAA3, etc.
Au cours des années 80, on a commencé à cloner et à séquencer divers allèles HLA. Les allèles
HLAB27 et HLAA2 ont reçu beaucoup d'attention en raison de l'association du premier avec la
67
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
spondylarthrite ankylosante (inflammation et blocage des articulations vertébrales ; 80 à 90 % des
malades possèdent l'allèle HLAB27) et parce que le second est très répandu. Les chercheurs ont ainsi
découvert que l'allèle HLAB27, défini sérologiquement, correspondait à 6 séquences nucléotidiques
différentes, donc à 6 allèles, et l'allèle HLAA2 à 12 séquences. Par la suite, les mêmes faits ont été
découverts pour d'autres allèles (HLAA11, HLAA24, HLACW1, etc.). Le répertoire des allèles HLA est
ainsi en constante évolution. La nécessité d'une nouvelle nomenclature s'est imposée à l'Organisation
mondiale de la santé chargée d'homologuer les différentes spécificités. Désormais, chaque allèle est
défini par quatre chiffres : les deux premiers correspondent à la spécificité repérée sérologiquement,
les deux derniers à une séquence précise. Ainsi, l'ancien allèle HLAB27 est actuellement scindé en 6
allèles : HLAB2701 à HLAB2706.
Outre l'importance de leur polymorphisme, les gènes HLA sont remarquables par les caractéristiques
des différences entre les allèles d'un même locus. Pour la plupart des autres gènes les différences
allèliques se limitent à des substitutions de un à quelques nucléotides, ou à des délétions ou insertions
d'un petit nombre de nucléotides. Il en est de même pour les allèles HLA qui résultent de la
subdivision d'une spécificité allèlique définie sérologiquement (exemple : HLAB2701, HLAB2702...).
En revanche, la comparaison d'allèles d'un locus appartenant à des groupes antigéniques repérés
sérologiquement (HLAA01, HLAA02, HLAA24, etc.) révèle que ces allèles diffèrent par beaucoup de
nucléotides, 40 à 50 en moyenne. Les sites de variabilité sont dispersés sur toute la chaîne mais sont
surtout situés dans les régions qui codent pour les domaines alpha1 et alpha2 de la protéine.
Les chaînes polypeptidiques codées par les différents allèles d'un locus ont toutes la même longueur
(365 acides aminés avec le peptide signal pour HLAA) ce qui signifie qu'aucune substitution
n'entraîne l'apparition anticipée d'un codon STOP. Etant donné le rôle fondamental des antigènes
HLA dans les réactions immunitaires, il est probable que tout allèle entraînant la formation d'une
chaîne raccourcie serait rapidement éliminé par la sélection naturelle.
Les polypeptides allèliques correspondant à une même spécificité sérologique ne diffèrent que par un
à quelques acides aminés ce qui explique qu'ils aient été confondus par les méthodes
immunologiques. Les polypeptides allèliques correspondant à des spécificités sérologiques diffèrentes
ont en moyenne 20 à 25 acides aminés différents.
Puisque dans les deux cas la variabilité est surtout concentrée au site de liaison du peptide
antigénique, il en résulte que les antigènes HLA codés par les divers allèles diffèrent dans leur
capacité à présenter des peptides. Certains antigènes lient certains peptides et non d'autres. Chaque
organisme répond plus ou moins efficacement à des antigènes viraux, bactériens, vaccinaux, en
fonction de l'assemblage d'antigènes HLA qu'il possède. Mais le polymorphisme au niveau de l'espèce
permet la présentation d'un répertoire étendu de peptides et lui confère une meilleure capacité de
réponse immunitaire contre les substances étrangères.
Aspects de l'évolution des gènes HLA
Considérons en premier les allèles correspondant à la spécificité HLAB27. L'allèle HLAB2705 est
répandu dans toutes les populations étudiées (90% des allèles HLAB27 chez les blancs européens et
45% chez les extrême-orientaux). Les allèles HLAB2701 (rare) et HLAB2702 (près de 10%) n'ont été
trouvés que chez les blancs. HLAB2704 et HLAB2706 sont restreints aux extrême-orientaux (les allèles
HLAB2704 représentent près de 55% des allèles HLAB27 dans ces populations). L'allèle HLAB2703,
très rare, n'a été trouvé que chez les noirs américains. Les associations entre tels allèles et telles
populations indiquent que les allèles HLAB2701 à HLAB2706 sont apparus après diversification des
populations. On peut penser que l'allèle HLAB2705 présent avec une fréquence élevée dans toutes les
populations, était l'allèle initial dans les premières populations humaines.
68
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
En estimant que deux allèles sont d'autant plus apparentés que les différences entre leurs séquences
sont minimes, on peut construire une représentation graphique traduisant les filiations entre les divers
allèles qui s'accorde bien avec les données de génétique des populations résumées plus haut.
Envisageons maintenant le problème de façon plus générale en considérant l'ensemble des spécificités
d'un locus. Comment rendre compte d'un tel polymorphisme et du grand nombre de différences entre
les séquences nucléiques de beaucoup de ces allèles ? Puisqu'un allèle provient d'une mutation d'un
allèle préexistant, on pourrait supposer que les caractéristiques précédentes résultent d'une fréquence
de mutation élevée des gènes HLA. Diverses données laissent à penser qu'il n'en est rien. En
particulier, au cours des analyses génétiques familiales, on n'a jamais constaté le cas d'un enfant ayant
un allèle HLA que ne posséderait pas l'un de ses parents.
Klein a proposé une autre explication : une grande partie du polymorphisme HLA n'aurait pas été
acquise après la spéciation de l'Homo sapiens sapiens, mais serait héritée des espèces ancestrales. Seul
le polymorphisme correspondant aux séquences relatives à une même spécificité sérologique
(HLAB27 par exemple) serait post-spécifique. Cela revient à dire que les premières populations
d'Homo sapiens sapiens possédaient plusieurs allèles à chaque locus HLA hérités d'Homo erectus.
Suivant cette hypothèse trans-spécifique, les allèles HLA de l'Homme moderne peuvent remonter à
des espèces ancestrales relativement reculées.
Récemment, l'analyse au niveau moléculaire du CMH du Chimpanzé a fourni des données
corroborant cette hypothèse. Chez le Chimpanzé comme chez l'Homme, il y a trois locus
polymorphiques pour les antigènes de classe I. On s'est aperçu que le degré de similitude entre des
allèles CHLAA du Chimpanzé (CH pour Chimpanzé) et des allèles HLAA humains était plus grand
qu'entre certains allèles humains. Ainsi, la séquence codante du CHLA108 du Chimpanzé ne diffère
que par 15 nucléotides de celle de l'allèle humain HLAA11, alors que celles de HLAA11 et HLAA2
présentent 50 différences. On est amené à conclure que l'origine des allèles HLAA11 et HLAA2 est
antérieure à la divergence de la lignée humaine et de celle du Chimpanzé.
Utilisations pédagogiques
L'extraordinaire polymorphisme des gènes HLA en fait un exemple incontournable pour approcher
cette notion. Le rôle précis des antigènes HLA est envisagé plus tard avec l'étude des mécanismes de
l'immunité. Il est néanmoins possible de fournir simplement les informations sur les gènes HLA qui
rendent signifiante l'étude de leur polymorphisme. Ces informations portent sur :
• la localisation des locus des gènes HLA de classe I ;
• les fréquences des allèles de chaque locus dans une ou deux populations ;
• le rôle des marqueurs du soi des antigènes HLA en liaison avec la forte réponse immunitaire
allogénique qu'ils induisent lors de greffe ou d'implantation ;
• une évocation de leur fonction biologique de présentation de peptides antigéniques aux
cellules du système immunitaire.
Plusieurs documents peuvent venir en appui à cette approche.
69
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
70
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Recherche des différences entre les allèles d'un gène HLA
Les seules séquences sur les allèles HLAA suffisent pour dégager les idées essentielles. On peut
proposer de rechercher séparément, en utilisant la modalité de « comparaison simple » :
• Les différences entre les allèles correspondant à une même spécificité sérologique : ceux du
groupe HLAA2 ou ceux du groupe HLAA24.
HLAA0201
HLAA0210
HLAA0211
HLAA0212
0
4
2
2
HLAA0201
0
6
6
HLAA0210
0
4
HLAA0211
HLAA2401 0
HLAA2402 5
HLAA2403 7
HLAA2401
0
2
HLAA2402
0
HLAA2403
0
HLAA0212
Matrices des différences entres quelques allèles de HLAA02 et HLAA24.
Représentation des différences entre quelques allèles de HLAA02
•
Les différences entre allèles appartenant à des spécificités différentes
HLAA0101
HLAA0201
HLAA1101
HLAA2401
0
50
0
12
50
0
47
49
48
0
HLAA0101 HLAA0201 HLAA1101 HLAA2401
Matrice des différences entre HLAA0101, HLAA0201, HLAA1101 et HLA2401.
Les élèves doivent rassembler les informations obtenues et dégager l'originalité des différences
allèliques des gènes HLA par rapport à celles vues sur d'autres gènes : uniquement des substitutions ;
grand nombre de différences entre allèles de spécificité sérologique différente ; nombre de différences
beaucoup plus faible entre allèles de même spécificité sérologique. L’analyse plus fine de la
comparaison multiple des allèles montre qu'il existe des sites qui sont conservés et d'autres qui sont
variables.
71
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Conséquences des différences alléliques au niveau protéique
Après traduction et comparaison des séquences protéiques, les élèves doivent dresser un tableau des
résultats.
HLAA0201
HLAA0210
HLAA0211
HLAA0212
0
3
0
2
5
0
1
4
3
0
HLAA0201 HLAA0210 HLAA0211 HLAA0212
HLAA2401
HLAA2402
HLAA2403
0
4
0
6
2
0
HLAA2401 HLAA2402 HLAA2403
HLAA0101
HLAA0201
HLAA1101
HLAA2401
0
33
0
11
27
0
33
30
33
0
HLAA0101 HLAA0201 HLAA1101 HLAA2401
Matrices des différences entre polypeptides codés par divers allèles de HLAA.
La comparaison du nombre de différences au niveau nucléique et au niveau protéique conduit à la
notion de mutation silencieuse en rapport avec la redondance du code génétique. Une estimation de la
fréquence des mutations silencieuses peut être faite. Là aussi, une analyse plus fine des différences
entre les séquences peptidiques correspondant aux divers allèles peut être réalisée. Il est intéressant,
notamment, de localiser les régions de l'antigène HLA où la variabilité allèlique est la plus importante
(domaines alpha1 et alpha2) en liaison avec la fonction biologique de présentation du peptide.
Recherche de l'histoire évolutive des gènes HLA de classe I
Comme pour le gène codant pour l'alpha-antitrypsine, l'objectif de cette étude est de faire prendre
conscience que les allèles présents dans les populations humaines sont l'aboutissement actuel des
mutations survenues dans le passé.
Les séquences relatives à la spécificité HLAB27 sont propices pour approcher ce problème et il est plus
aisé de travailler au niveau protéique qu'au niveau nucléique. Les élèves doivent traduire les
séquences HLAB2701 à HLAB2706 et garder en mémoire les séquences protéiques pour les comparer.
À partir des informations fournies dans les pages précédentes sur les fréquences des différents allèles
HLAB27, ils doivent choisir HLAB2705 comme référence (allèle le plus fréquent, présent avant la
diversification des populations humaines). Un repérage précis de la localisation et de la nature des
différences par rapport à la séquence de référence peut aboutir à une représentation du type suivant.
72
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
----------- alpha1 ----------I---------- alpha2 ---------I---------- alpha3 ----------I
Différences entre le polypeptide codé par l'allèle HLAB2705 et les polypeptides codés par divers allèles HLAB27.
Y=Tyrosine ; D=acide aspartique ; L=Leucine ; I=Isoleucine ; H=Histidine ; S=Sérine ; T=Thréonine ; E=Acide
glutamique ; A=Alanine ; V=Valine ; N=Asparagine.
Il reste à travailler sur ces constats pour regrouper les allèles les plus étroitement apparentés et
proposer un schéma de filiation entre ces différents allèles.
Filiation possible entre les divers allèles de HLAB27.
On peut ensuite faire prendre conscience des limites des modalités précédentes (apparition des allèles
par mutations à partir d'un allèle ancestral unique) pour expliquer l'étendue des différences entre les
allèles HLAA1 ET HLAA2 et proposer l'hypothèse trans-spécifique de Klein. Les élèves sont invités
alors à comparer l'allèle CHLA108 du chimpanzé avec les allèles humains HLAA et à indiquer en quoi
les informations tirées de cette comparaison corroborent l'hypothèse trans-spécifique.
HLAA0101
HLAA0201
HLAA1101
HLAA2401
CHLA108
0
50
0
12
50
0
47
49
48
0
24
48
15
53
0
HLAA0101 HLAA0201 HLAA1101 HLAA2401 CHLA108
Matrice des différences entre des allèles de HLAA et l'allèle CHLA108 du Chimpanzé.
73
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
FAMILLES MULTIGÉNIQUES
L’étude de l’origine du polymorphisme des gènes, en particulier celle des allèles des gènes qui codent
pour l’alpha-antitrypsine ou la G6PD, a révélé l’importance des mutations ponctuelles dans la
diversification des génomes au cours de l’évolution. Mais ce mécanisme est loin d’être le seul. Dans le
génome de tous les organismes existent des gènes dont les similitudes sont telles qu’elles impliquent
une parenté entre eux : on dit que ce sont des gènes homologues paralogues. Ils proviennent tous d’un
gène ancestral par duplications successives suivies d’une divergence plus ou moins importante des
copies. L’ensemble des gènes ainsi apparentés forme une famille multigénique dont le modèle
classique est celui de la famille des gènes qui codent pour les chaînes alpha, bêta, gamma et delta de
l’hémoglobine humaine. D’autres exemples sont apportés qui illustrent le fait que la duplication
génique fait partie du processus général d’expansion du génome qui va de la répétition d’un triplet au
sein d’un gène (cas du gène qui code pour la huntingtine) jusqu’à la polyploïdie.
La famille des globines
Informations scientifiques
L'élève doit être sensibilisé à l'idée que l'analyse en cours des génomes des espèces actuelles peut
fournir des données informatives sur les processus qui, dans le passé, ont contribué à la genèse de
nouveaux gènes. Il en est ainsi en ce qui concerne les séquences des gènes qui, dans l'espèce humaine,
codent pour les chaînes de l'hémoglobine.
Pour aborder cette étude avec les globines, il est nécessaire d'apporter des informations sur la synthèse
des différentes chaînes au cours de la vie de l'individu :
Hémoglobine
Hb embryonnaire
Hb fœtale
Hb A
Hb D
Type de chaînes
Ζ2 ε2
α2 γ2
α2 β2
α2 δ2
Moment de synthèse
avant 9 semaines
9 semaines---naissance
après naissance
après naissance
Après la naissance il y a synthèse de 97% Hb A, 2% Hb D et 1% Hb fœtale. L'intérêt du changement de
chaîne après la naissance pourra être évoqué. Il importe que l'élève saisisse que ces différentes chaînes
sont codées par des gènes différents et non par les allèles d'un même gène, ce qui peut être facilité par
la localisation chromosomique de ces gènes.
Ce schéma révèle l'existence de deux gènes gamma (Gγ et Aγ) et de deux gènes alpha (α1 et α2). Les
deux gènes gamma ne diffèrent, dans leur région codante, qu'au niveau du codon 136 (GGA = Glycine
pour Gγ, et GCA = Alanine pour Aγ). Dans la banque, on a retenu un seul gène Gγ. De même, l'identité
74
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
des séquences codantes des deux gènes alpha fait qu'on a retenu un seul des deux. De ce fait, le
schéma ci-dessus est à simplifier pour les élèves.
Une grande ressemblance dans la structure des chaînes alpha, bêta , gamma et delta a été mise en
évidence : elles possèdent :
• 3 exons et 2 introns dans tous les cas ;
• des longueurs de séquences codantes identiques ou très voisines.
Structures des gènes codant pour les chaînes alpha, bêta, gamma et delta
de l'hémoglobine humaine
CHAINE
EXON 1
intron 1
EXON 2
intron 2
EXON 3
bêta
1--140
(140)*
141--270
(130)
271--494
(224)
495--1344 1345--1606
(850)
(262)
delta
1--144
(144)
145--272
(128)
273--493
(221)
494--1382 1383--1641
(889)
(259)
gamma
1--144
(145)
145--267
(123)
268--488
(223)
489--1376 1377--1593
(887)
(217)
alpha
1--128
(128)
129--245
(117)
246--450
(205)
451--590
(140)
591--831
(241)
* Longueur de la séquence
Utilisation pédagogique
Comparaison des chaînes protéiques
Toutes ces chaînes d'hémoglobine participent au transport du dioxygène, et sont synthétisées dans les
mêmes cellules, les erythroblastes. On peut se demander si, à la similitude de fonction de ces chaînes,
correspondent des ressemblances dans leur structure et leurs séquences d'acides aminés. Pour obtenir
des informations, les élèves doivent noter le nombre d'acides aminés de chaque chaîne, comparer les
séquences deux à deux, relever le nombre d’acides aminés identiques ou le pourcentage d’identité
(attention le logiciel donne le nombre de différences). Ces comparaisons donnent les résultats suivants
concernant le nombre d’acides aminés identiques entre les séquences :
delta
bêta
137
gamma 106 108
alpha
65
65
delta bêta
Longueur des séquences
147
147
60
gamma alpha
147
142
On constate que β et δ sont très semblables, que le nombre d'éléments identiques est pratiquement le
même entre β et γ et entre δ et γ. La chaîne α montre le plus de différences par rapport aux trois autres.
75
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
On peut aussi leur demander de rechercher les sites conservés dans les quatre chaînes : pour cela, ils
réalisent une comparaison simultanée (alignement avec discontinuités) des quatre séquences
d'hémoglobine. Il est recommandé d’utiliser comme séquence de référence une des séquences les plus
longues (bêta, gamma ou delta longues de 444 bases chacune).
Le décompte du nombre de positions identiques dans les quatre chaînes ainsi que les identités entre
chacune des séquences et la référence est fourni par l’information (cliquer sur la fenêtre de résultat de
l’alignement pour l’activer ; cliquer sur l’icone d’information).
Les résultats de cet alignement multiple peuvent être très légèrement variables suivant la séquence
choisie comme référence. Dans l’exemple ci-dessous montrant les 24 premiers acides aminés alignés,
c’est la séquence de la globine bêta qui est la référence ; les positions identiques dans les quatre
séquences sont indiquées par des étoiles (les points indiquent les positions comportant des acides
aminés similaires, acides ou basiques).
L'alignement comprend 149 acides aminés
-> 51 acides aminés identiques (représentés par le signe *)
soit 34,2 % d'identité, et 68,5 % de ressemblance
Bêta protéique
longueur : 147 acides aminés (sans compter les discontinuités)
> référence pour la comparaison
Delta protéique
longueur : 147 acides aminés (sans compter les discontinuités)
-> 137 a.a. identiques à la séquence de référence Bêta protéique,
soit 93,2 % d'identité
Gamma protéique
longueur : 147 acides aminés (sans compter les discontinuités)
-> 108 a.a. identiques à la séquence de référence Bêta protéique,
soit 73,5 % d'identité
Alpha protéique
longueur : 142 acides aminés (sans compter les discontinuités)
-> 65 a.a. identiques à la séquence de référence Bêta protéique,
soit 45,8 % d'identité
le signe - représente les identités
le signe _ représente les discontinuités
le signe . représente la proximité chimique d’acides aminés
76
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
La réflexion sur la signification des similitudes constatées conduit à rechercher si elles peuvent être
dues au hasard ou si elles témoignent d'une « parenté » entre les chaînes des globines. Les élèves
peuvent approcher cette question à partir :
• de considérations théoriques : si les 20 acides aminés étaient également utilisés dans les
séquences protéiques, la probabilité d'avoir, entre deux séquences non apparentées
(constituées au hasard), le même acide aminé à un site déterminé, serait de 5 %. Comme
certains acides aminés sont plus fréquemment utilisés que d'autres, on considère que les
ressemblances n'indiquent une parenté qu'au delà de 20 %. Or, les ressemblances entre les
chaînes de l'hémoglobine sont nettement supérieures à ces valeurs ;
• de la comparaison de deux polypeptides ayant des fonctions différentes, par exemple, une
chaîne de globine et l'enzyme qui intervient dans la synthèse de l'antigène A du système du
groupe sanguin ABO. La comparaison de la séquence de la chaîne de globine avec des
segments de même longueur dans la séquence de l'enzyme, montre que le pourcentage des
acides aminés identiques ne dépasse pas 20 %.
Alors que les globines bêta, delta et gamma sont assez proches, la globine alpha apparaît comme la
plus différente des autres. Cependant, malgré un grand nombre d’acides aminés différents, les
globines alpha ont une structure tridimensionnelle semblable. En particulier, la poche accueillant le
hème est conservée.
Les globines alpha (à gauche) et bêta (à droite).Visualisation en squelette carboné ; le hème est en bâtonnets et
l’oxygène en sphère. Visualition obtenue avec le logiciel RASMOL (Roger Sayle, Glaxo Wellcome Research &
Development, Stevenage, Hertfordshire, UK). Coordonnées spatiales provenant de Protein Data bank.
Il importe maintenant de voir si la « parenté » mise en évidence entre les chaînes des globines peut
être confirmée au niveau des gènes qui les codent.
Comparaison des chaînes nucléiques
Le tableau qui résulte de la comparaison des séquences deux par deux est le suivant :
delta
411
bêta
340
339
gamma
258
267
238
alpha
delta
bêta
gamma
Longueur des séquences
444
444
444
alpha
429
L’alignement multiple avec discontinuité de ces quatre séquences est réalisé en prenant comme
référence la séquence bêta.
77
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Comparer les séquences
Alignement avec discontinuité montrant les 51 premières bases des séquences des globines humaines alpha, bêta,
gamma et delta. Le signe - représente les identités, le signe _ les discontinuités.
Alignement multiple de séquences d'ADN :
-> 213 bases identiques (représentées par le signe *)
soit 47,3 % d'identité
Bêta
longueur : 444 bases (sans compter les discontinuités)
-> référence pour la comparaison
Delta
longueur : 444 bases (sans compter les discontinuités)
-> 411 bases identiques à la séquence de référence Bêta,
soit 92,6 % d'identité
Gamma
longueur : 444 bases (sans compter les discontinuités)
-> 339 bases identiques à la séquence de référence Bêta,
soit 76,4 % d'identité
Alpha
longueur : 429 bases (sans compter les discontinuités)
-> 264 bases identiques à la séquence de référence Bêta,
soit 61,5 % d'identité
Comme attendu, les similitudes constatées à propos des protéines se retrouvent au niveau des parties
codantes des gènes. Notons toutefois que de nombreuses différences au niveau des gènes ne se
traduisent pas par des différences entre les polypeptides, à cause du caractère dégénéré du code
génétique.
Le bilan de tout ce travail conduit à l'idée qu'il existe dans le génome humain des gènes apparentés car
présentant des ressemblances qui ne peuvent s'expliquer par des processus aléatoires. Il reste à
rechercher, ce qui ne peut être fait avec le logiciel :
• une explication à cette parenté (notion de duplication des gènes) ;
• une explication aux différences constatées entre ces gènes et à leur degré plus ou moins
important (mutations des gènes après leur duplication) ;
78
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
•
une explication à l'importance des différences constatées au niveau des introns (absence de
pression sélective).
Les considérations sur l'importance des différences entre les gènes ou les polypeptides pourra
permettre d'établir une généalogie des diverses duplications.
La famille des gènes HLA de classe I
Informations scientifiques
Ce système de gènes permet de cibler deux aspects de l’évolution des génomes :
• la duplication génique révélée par la similitude des séquences aux trois locus ;
• le polymorphisme révélé par le grand nombre d’allèles présents dans les populations avec
une fréquence élevée à chaque locus.
Ainsi, les trois gènes HLAA, HLAB et HLAC ont la même organisation d’ensemble : 8 exons et 7
introns, comme résumé dans la figure ci-après.
Promoteur
Exon 1
Intron 1
Exon 2
Intron 2
Exon 3
Intron 3
Exon 4
Intron 4
Exon 5
Intron 5
Exon 6
Intron 6
Exon 7
Intron 7
Exon 8
HLAA0201
0-27
28-125
126-264
265-524
525-765
766-1041
1042-1640
1641-1926
1927-2015
2016-2130
2131-2568
2569-2604
2605-2746
2747-2794
2795-2963
2964-3528
HLAB2705
0-27
28-124
125-253
254-623
524-764
765-1040
1041-1615
1616-1891
1892-1983
1984-2103
2104-2554
2555-2576
2577-2682
2683-3334
HLACW301
0-27
28-124
125-255
256-525
526-767
768-1043
1044-1631
1632-1906
1907-2027
2028-2147
2148-2588
2589-2622
2623-2776
2777-2824
2825-2988
2989-3408
L’alignement multiple des trois allèles HLAA0201, HLAB2705 et HLACW301 montre l’importance des
sites identiques dans les séquences nucléiques (brin non transcrit). La similitude moyenne entre les
gènes HLAA et HLAB est de 82,5%, entre HLAA et HLAC de 83,5%, entre HLAB et HLAC de 87%. La
différence moyenne entre les trois gènes est environ trois fois plus importante qu’entre allèles de
même locus.
On s’est interrogé sur la signification évolutive de cette famille multigénique. Les trois gènes
s’expriment dans la quasi totalité des cellules nucléées de l’organisme en codant pour des
polypeptides dont la fonction est de présenter les peptides antigéniques aux lymphocytes T. Par suite
du polymorphisme, la plupart des individus sont hétérozygotes pour chacun de ces gènes. Comme il
y a codominance, cela fait que chaque personne possède six types d’antigènes HLA de classe I ce qui
augmente la capacité à présenter des peptides et sans doute celle de réagir à une multiplicité d’agents
pathogènes.
79
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Utilisations pédagogiques
Recherche des similitudes entres les séquences nucléiques des gènes HLAA, HLAB et
HLAC
L’étude du polymorphisme a familiarisé les élèves avec les gènes du système HLA. La recherche
d’une parenté éventuelle entre ces gènes peut être posée à partir de l’identité des fonctions
qu’exercent les polypeptides qu’ils codent (notion envisagée lors de l’étude des mécanismes
immunitaires). Le seul moyen de tester cette hypothèse est de comparer les trois séquences codantes
des allèles de ces gènes (HLAA0201, HLAB2705, HLACW301). Puisqu’elles n’ont pas la même
longueur, on peut utiliser la modalité “ Alignement avec discontinuités ”. La comparaison de ces
séquences deux à deux permet de dresser le tableau suivant :
HLAA0201
HLAB2705
HLACW301
Longueur
des séquences
976
952
HLAA0201
993
HLAB2705
HLACW301
1098
1089
1101
Plus long, l’alignement simultané des trois séquences donne les résultats suivants :
Comparer les séquences
L'alignement comprend 1101 bases
-> 919 bases identiques (représentées par le signe *)
soit 83,5 % d'identité
HLAA0201 codant
longueur : 1098 bases (sans compter les discontinuités)
-> référence pour la comparaison
HLAB2705 codant
longueur : 1089 bases (sans compter les discontinuités)
-> 974 bases identiques à la séquence de référence HLAA0201 codant,
soit 89,4 % d'identité
HLACW301 codant
longueur : 1101 bases (sans compter les discontinuités)
-> 952 bases identiques à la séquence de référence HLAA0201 codant,
soit 86,5 % d'identité
80
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Recherche des similitudes entres les séquences protéiques des gènes HLAA, HLAB et
HLAC
Un travail similaire peut être réalisé avec les séquences des polypeptides codés par ces allèles, ce qui
donne les résultats suivants :
HLAA0201
HLAB2705
HLACW301
Longueur
des séquences
304
291
305
HLAA0201 HLAB2705
HLACW301
365
366
362
Malgré les différences dans leurs séquences, HLAA02 (à gauche) et HLAB27 (à droite) ont des
structures spatiales similaires, avec une corbeille de présentation de peptides antigéniques.
Les deux molécules, flanquées sur leur droite de la microglobuline, sont montrées en squelette carboné avec le logiciel
RASMOL (Roger Sayle, Glaxo Wellcome Research & Development, Stevenage, Hertfordshire, UK). Coordonnées
tridimensionelles provenant de Protein Data Bank.
L’existence d’une famille multigénique étant corroborée, il reste à faire la synthèse sur l'évolution de
cette partie du génome : duplication de gènes et nombreuses mutations à chaque locus.
81
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Les hormones hypophysaires et placentaires LH, FSH, TSH et HCG
Informations scientifiques
La famille des hormones LH, FSH, TSH et HCG
Ces hormones sont des glycoprotéines formées par l’assemblage de deux chaînes polypeptidiques
dénommées alpha et bêta. La chaîne alpha est la même pour les quatre hormones ; celles-ci diffèrent
par leurs chaînes bêta. La spécificité fonctionnelle de ces hormones est liée à la chaîne bêta.
Ces chaînes bêta sont codées par des gènes qui possèdent la même structure globale : 3 exons et deux
introns, mais sont situés sur des chromosomes différents : chromosome 1 pour TSH bêta, chromosome
11 pour FSH bêta, et chromosome 19 pour LH bêta et HCG bêta.
Les gènes LH bêta et HCG bêta sont ceux qui présentent le plus de similitude dans leurs séquences et
dans celles des polypeptides qu’ils codent. Ainsi, au niveau polypeptidique, la similitude des
séquences des chaînes bêta de LH et HCG est de 82 %. L’homologie entre les deux séquences est donc
très claire. Cependant, la chaîne bêta de HCG comprend 165 acides aminés (y compris le peptide
signal), alors que celle de LH n’en possède que 141 (avec le peptide signal). La différence résulte d’une
extension de 24 acides aminés dans la région carboxyterminale de HCG par rapport à LH.
La comparaison des séquences nucléiques permet d’expliquer l’origine de cette extension (utiliser la
modalité « alignement avec discontinuités »). Le gène HCG bêta diffère de LH bêta par une délétion
qui entraîne un décalage du cadre de lecture et par là un changement dans les sept derniers acides
aminés et la disparition du codon STOP (un autre codon STOP apparaît un peu plus loin dans la
séquence de HCG bêta). Une partie de la région non traduite de LH bêta l’est dans HCG bêta.
Alignement de HCGB et LHB montrant une délétion dans HCG en position 402 (-A).
Le gène LH bêta existe chez tous les Vertébrés alors que HCG bêta n’est présent que chez quelques
ordres de Mammifères placentaires notamment les Primates et les Equidés. On pense donc que le gène
HCG bêta provient d’une duplication d’un gène LH ancestral suivie d’une divergence marquée
notamment par la délétion. Mais les propriétés des deux hormones, bien que les deux gènes
s’expriment dans des tissus différents (hypophyse et placenta), sont restées voisines puisqu’elles
agissent sur les mêmes cibles ovariennes.
Les similitudes des chaînes bêta de FSH et TSH entre elles d’une part, et avec celles de LH et HCG
sont beaucoup moins évidentes sur un plan quantitatif car elles sont comprises entre 25% et 40 %
seulement.
L’alignement multiple des séquences polypeptidiques de ces chaînes révèle toutefois la présence de
douze résidus “ cystéine ” à des sites identiques. Or, ces résidus, en permettant la formation des ponts
disulfure, jouent un rôle essentiel dans la stabilisation de la structure tridimensionnelle de ces chaînes
et donc de leurs propriétés.
Ces données qualitatives sont des arguments puissants en faveur de l’idée que les gènes FSH bêta, LH
bêta, HCG bêta et TSH bêta forment une famille multigénique. Ils résultent de duplications
successives d’un gène ancestral présent chez les premiers Vertébrés. Le caractère remarquable de cette
famille multigénique est que la divergence des copies dupliquées a conduit à des gènes codant pour
des polypeptides ayant des fonctions différentes.
82
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
La famille multigénique des hormones GH, HPRL et HLP
L’hormone de croissance (GH), la prolactine (HPRL) et l’hormone lactogène placentaire (HLP) ont des
actions différentes mais apparentées. Ainsi, l’hormone lactogène placentaire stimule la synthèse
protéique et a aussi une action sur la glande mammaire nettement inférieure toutefois à celle de la
prolactine. Ces hormones sont codées par des gènes situés sur des chromosomes différents
(chromosome 6 pour le gène de la prolactine, et chromosome 17 pour ceux de l’hormone de croissance
et de l’hormone lactogène placentaire.
La comparaison des séquences codantes de GH et HLP révèle une similitude de l’ordre de 92%. La
similitude de leurs séquences d’acides aminés est de 85%. Le gène HLP existe chez tous les
Mammifères placentaires mais non chez d’autres Vertébrés. Une duplication du gène de l’hormone de
croissance a donc probablement eu lieu il y a plus de 85 à 100 millions d’années, lorsque de
nombreuses lignées de Mammifères se sont établies. Ces gènes paralogues sont restés associés sur le
même chromosome.
La similitude de la séquence codante du gène qui code pour la prolactine avec celles des gènes GH et
HLP est beaucoup moins parlante puisqu’elle ne dépasse pas 35%. Néanmoins, la structure globale
identique des gènes, la longueur de même ordre des polypeptides, la présence d’acides aminés
communs à certaines positions font que les spécialistes admettent que le gène HPRL fait partie de la
même famille multigénique que GH et HLP.
Tous les Vertébrés possèdent les gènes GH et HPRL (mais la prolactine joue des rôles différents...) ; il
est donc possible qu’un gène ancestral unique ait été dupliqué avant que ne divergent les Amphibiens
et les Poissons il y a environ 400 millions d’années. Ensuite, les deux gènes ont évolué
indépendamment dans chaque espèce. Leur localisation chromosomique différente, de même que
celle des gènes de la famille FSH, TSH, LH, HCG, révèle la souplesse du génome au cours de
l’évolution.
Utilisations pédagogiques
Toutes les actions possibles reposent sur la comparaison de séquences permettant la recherche de
similitudes, témoignages d’une parenté. Il est possible de partir d’une réflexion sur les diverses
hormones hypophysaires et placentaires de la banque, d’imaginer des parentés éventuelles à partir
de leurs fonctions et de les tester à l’aide du logiciel.
Dans un premier temps, on peut se limiter aux hormones LH, HCG, GH, HLP et HPRL. Les élèves
doivent arriver aisément à conclure à l’existence de deux familles multigéniques (LH et HCG d’une
part, GH et HLP d’autre part).
Début de la comparaison des séquences de LH bêta et HCG
83
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Les informations obtenues sont :
-> 394 bases identiques (représentées par le signe *)
soit 79,0 % d'identité
LH ß codant
longueur : 426 bases (sans compter les discontinuités)
-> référence pour la comparaison
HCG ß codant
longueur : 498 bases (sans compter les discontinuités)
-> 394 bases identiques à la séquence de référence LH ß codant,
soit 79,1 % d'identité
En revanche, il est difficile de conclure pour le gène de la prolactine. On peut toutefois constater que
ce gène présente un peu plus de similitude avec GH et HLP qu’avec les hormones de l’autre famille.
L'alignement comprend 695 bases
-> 291 bases identiques (représentées par le signe *)
soit 41,9 % d'identité
GH codant
longueur : 654 bases (sans compter les discontinuités)
-> référence pour la comparaison
HLP codant
longueur : 654 bases (sans compter les discontinuités)
-> 706 bases identiques à la séquence de référence GH codant,
soit 92,7 % d'identité
HPRL codant
longueur : 684 bases (sans compter les discontinuités)
-> 306 bases identiques à la séquence de référence GH codant,
soit 44,7 % d'identité
le signe - représente les identités
le signe _ représente les discontinuités
Il est possible de réaliser l’alignement multiple des chaînes bêta de FSH, LH, TSH et HCG et repérer
l’existence de sites identiques remarquables pour les quatre chaînes (en particulier les cystéines).
84
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Alignement multiple des séquences peptidiques des hormones HCG, LH, FSH et TSH. Quelques-unes des cystéines
alignées sont visibles en positions 94, 110, 112 et 115.
Cela conduit à l’idée que la recherche de similitudes repose sur des analyses plus fines que sur le
simple dénombrement de sites identiques. Ce sont des analyses de ce type qui amènent les spécialistes
à l’idée que le gène HPRL fait partie de la même famille multigénique que GH et HLP. Il reste à
envisager la signification des différences de similitude entre gènes faisant partie d’une même famille
multigénique pour amorcer une histoire des duplications géniques successives.
En conclusion, cette activité doit permettre une sensibilisation à l’importance évolutive des
duplications géniques et à l’idée qu’elles peuvent aboutir à des gènes codant pour des polypeptides
aux fonctions différentes.
85
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
DÉTERMINATION DES GÉNOTYPES ET PRÉVISION
EN GÉNÉTIQUE HUMAINE
Une banque de données géniques sur les individus des arbres généalogiques
Dans les arbres généalogiques relatifs à des phénotypes cliniques, on est amené classiquement à
considérer, pour chaque gène en cause, un allèle normal et un allèle muté. À partir de l'analyse de
l'arbre, on détermine si les individus sont homozygotes ou hétérozygotes. En réalité, les conclusions
tirées de cette analyse au niveau macroscopique sont hypothétiques car, comme l'a montré l'analyse
des gènes, plusieurs allèles peuvent être à l'origine du phénotype normal ou à l'origine d'un même
phénotype clinique, ou encore des allèles de deux gènes différents peuvent entraîner deux phénotypes
cliniques voisins. L'analyse génétique des individus d'un arbre généalogique permet de confirmer
ou non les conclusions tirées de l'analyse classique. C'est ce que nous proposons de faire à partir
d'une banque contenant les séquences géniques des individus des arbres généalogiques.
Contenu de la banque
La banque renferme :
• les gènes, ou plus précisément le brin d'ADN non transcrit de chacun d'eux limité à la partie
strictement « codante ». Chaque séquence commence donc par le triplet ATG et se termine par
un des trois triplets STOP. Pour chaque gène, les principaux allèles répertoriés, en particulier
tous ceux impliqués dans les arbres généalogiques proposés, sont donnés en référence dans
un thème (ALL suivi du nom du gène) ;
• des fichiers d'enzymes de restriction correspondant à chaque gène étudié. Leur utilisation est
détaillée dans la deuxième démarche ci-dessous ;
• le génotype (pour le gène étudié) des membres de chaque famille. L'extension de chaque nom
de séquence indique le gène en cause. L'individu est repéré dans l'arbre par sa Famille (F1, F2,
etc.) sa génération (i, ii, iii, iiii) et sa position (1, 2, 3,...). Par exemple, F1-i1all1.tyr (all = allèle)
et F1-ii1all2.tyr sont dans le premier arbre avec des individus albinos les 2 allèles du gène de
la tyrosinase que possède la personne en position 1 à la première génération.
Principe de la recherche du génotype d’un individu d’un arbre généalogique
avec le logiciel
L'élève doit utiliser les éléments de cette banque pour déterminer les génotypes des membres (ou de
certains membres bien choisis) de la famille étudiée.
Deux démarches sont possibles :
• la première ressemble à l'utilisation vue à propos du polymorphisme génique. Pour comparer
les allèles d'un individu avec un allèle choisi comme référence, on utilise les options
Comparaison simple ou Alignement avec discontinuités. Les informations obtenues sont
exploitées grâce à un tableau des différences entre l'allèle de référence et les autres allèles ce
qui permet d'identifier précisément le génotype des individus. Cette démarche suppose le
parcours de l'ensemble des deux séquences comparées qui peuvent être assez longues ;
• la deuxième est basée sur une utilisation simplifiée des méthodes de diagnostic génotypique à
l'aide des enzymes de restriction : une enzyme de restriction reconnaît un motif spécifique
dans une séquence d'ADN et coupe cette séquence au niveau du motif reconnu (ou à
proximité). Pour chaque gène considéré, un fichier d'enzymes permettant d'identifier les
allèles impliqués dans les arbres généalogiques et une grille de référence montrant l'action de
ces enzymes sur tous les allèles de ce gène sont fournis.
Cette deuxième démarche est la seule illustrée dans l’analyse génétique des différents cas d’hérédité
humaine envisagés dans cette brochure. L’encart ci-après précise les principes de cette démarche.
86
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Considérons l'exemple théorique suivant :
Un gène G possède 4 allèles GA1, GA2, GA3 et GA4. Les enzymes du fichier d'enzymes
(correspondant à G) coupent chaque allèle toutes les fois qu'elles rencontrent leur motif
spécifique. Dans le diagnostic génotypique réel, les fragments sont séparés par
électrophorèse puis hybridés avec une sonde spécifique et ainsi repérés. Le logiciel, lui,
donne pour chaque enzyme la position des sites reconnus et la longueur des fragments
obtenus après coupure par l'enzyme. En toute rigueur il faudrait comparer la longueur des
fragments pour identifier les allèles les uns par rapport aux autres ; cela serait fort long et
l'on peut se contenter du nombre de sites reconnus dans chaque allèle par les enzymes. Le
tableau ci-dessous indique, dans notre cas théorique, le nombre de sites obtenus après avoir
fait agir séparément 4 enzymes sur les 4 allèles du gène G. Ce tableau sert de référence.
Allèles
GA1
GA2
GA3
GA4
E1
2
3
2
2
Enzymes
E2
E3
3
2
3
2
3
3
2
2
E4
2
2
-
La lecture de ce tableau montre que :
- l'enzyme E4 a reconnu sur les allèles GA1 et GA2 2 sites et qu'elle n'a reconnu
aucun site sur GA3 et GA4,
- l'enzyme E3 permet d'identifier GA3,
- l'enzyme E2 permet d'identifier GA4,
- l'enzyme E1 permet d'identifier GA2,
- les enzymes E4 et E1 combinées permettent d'identifier GA1.
En soumettant un allèle inconnu à l’action de ces enzymes on voit comment il est découpé
par chacune d’entre elles ce qui permet son identification grâce au tableau de référence.
Ainsi, si l'enzyme E2 ne reconnaît que deux sites sur cet allèle cela signifie que ce dernier est
GA4.
Cette technique suppose que toutes les différences entre les allèles sont repérables grâce au
panel d'enzymes de restriction dont on dispose. En réalité, il n'en est pas toujours ainsi. Les
séquences des allèles des gènes contenus dans la banque de données concernent uniquement
les régions strictement codantes. Lorsque pour un allèle n’existait pas d’enzymes
reconnaissant sa spécificité, nous avons choisi de définir des enzymes théoriques qui
reconnaissent des motifs permettant de faire le diagnostic de ces allèles. Ces « enzymes »
sont appelées ENZINV et concernent uniquement quelques allèles de la tyrosinase impliqués
dans l'albinisme.
87
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Hérédité de l’albinisme
Informations scientifiques
Généralités
L'albinisme humain est la plus fréquente des anomalies héréditaires de pigmentation. Le phénotype
macroscopique visible (hypopigmentation de la peau, des poils, des yeux) fut pendant longtemps le
seul critère retenu pour détecter cette anomalie due à une réduction (ou absence) de synthèse de
mélanine. Si cette hypopigmentation est générale, on parle d'albinisme oculo-cutané (OCA). Si elle est
localisée aux yeux, on la nomme albinisme oculaire (OA). OCA correspond généralement à de
l'hérédité autosomale récessive. OA est lié à un gène situé sur une région propre au chromosome X
(Nature genetics, mai 1995).
Le seul critère de la pigmentation est insuffisant pour diagnostiquer l'albinisme. Des changements
dans les yeux et le système visuel ont été trouvés dans tous les cas d'albinisme oculo-cutané (OCA) et
d'albinisme oculaire (OA). L'iris et la rétine étant dépigmentés, les pupilles apparaissent rouges du fait
de la réflexion de la lumière sur la choroïde très riche en vaisseaux sanguins. D'autre part, le
développement des voies optiques est altéré : anomalies de decussassion des fibres nerveuses au
niveau du chiasma optique faisant que le nombre de fibres ipsilatérales est réduit ; anomalie de
l'organisation des corps genouillés latéraux. Tout cela fait que beaucoup d'albinos sont photophobes et
la plupart présentent un nystagmus résultant d'une hypoplasie fovéale (associée à une réduction de
l'acuité visuelle qui peut varier de 0,5 dixième à 4 dixièmes) et aussi de la malformation des voies
optiques. Ils ont de plus une diminution de l'acuité stéréoscopique et un strabisme alternant. Chez une
personne qui pourrait avoir une pigmentation presque normale, l'examen ophtalmologique complet
permet donc de dépister un albinisme.
Dans la suite, seul sera envisagé l'albinisme oculo-cutané (OCA) qui représente les formes les plus
fréquentes (1 cas sur 16 000 à 20 000 aux USA).
Pigmentation de la peau et synthèse de la mélanine
La pigmentation est un processus complexe qui résulte de la synthèse de pigments spécifiques, les
mélanines. Les mélanocytes sont des cellules épidermiques capables de synthétiser des pigments, les
mélanines, au sein d’organites spécialisés, les mélanosomes. Ces mélanosomes sont transférés dans les
kératinocytes et transportés par eux à la surface de l’épiderme. Les mélanocytes synthétisent la
mélanine ; les kératinocytes la stockent et l’éliminent lors de leur désquamation.
La pigmentation résulte donc de processus complexes. Chez les albinos, l’insuffisance de mélanine
peut être due soit à une anomalie dans la chaîne de biosynthèse (anomalie enzymatique) soit une
anomalie non spécifique à la chaîne de synthèse (par exemple, membrane défectueuse du
mélanosome).
La tyrosinase est une enzyme cruciale de la chaîne de biosynthèse des mélanines car elle catalyse 4
réactions : l’hydroxylation de la tyrosine en dopa, l’oxydation de la dopa en dopaquinone et les deux
réactions aboutissant aux quinones. La banque renferme uniquement les séquences des allèles du gène
qui code pour la tyrosinase. Certains de ces allèles sont à l’origine de l’albinisme dit oculo-cutané de
type 1 (OCA-1).
Une autre forme d’albinisme oculo-cutané est due à un ou plusieurs gènes autre (s) que celui qui code
pour la tyrosinase. Elle est dite albinisme oculo-cutané de type 2. En 1995, les séquences de ce (s) gènes
(s) ne sont pas connues.
88
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Biosynthèse de la mélanine.
L'albinisme oculo-cutané de type 1
Phénotypes cliniques
Tyrosinase négative (cas OCA-1A)
Ce phénotype a été trouvé dans tous les groupes ethniques étudiés à travers le monde. Il est lié à une
activité nulle de la tyrosinase. Les enfants naissent avec les cheveux blancs, la peau blanche, les yeux
bleus, et ces caractéristiques persistent pendant toute la vie. La peau ne bronze pas et reste très
sensible au soleil tout au long de la vie. On peut détecter cette anomalie en pratiquant le test du bulbe
pileux qui consiste à incuber des bulbes pileux d'une personne pendant 24 heures à 37°C dans une
solution de tyrosine. On constate qu'il n'y a aucune synthèse de mélanine.
Type jaune (cas OCA-1B)
Il est reconnu dans beaucoup de populations et a été découvert dans la population Amish (Etat de
l’Indiana aux Etats-Unis). Les enfants naissent avec les cheveux blancs et la peau blanche. Les cheveux
se colorent en blond au cours des premières années de la vie et peuvent devenir blond foncé chez
l'adulte. La peau devient crème et peut bronzer au soleil. L'iris, bleu gris, peut aussi se pigmenter
davantage.
Type thermo-sensible (cas OCA-1TS)
Nées avec une peau blanche, des poils blancs et des yeux bleus, certaines personnes, au moment de la
puberté, développent une pigmentation sur les zones les plus froides de leur corps comme les bras et
les jambes. Selon la température de l'endroit du corps considéré, on aura une pigmentation plus ou
moins développée.
Phénotypes moléculaires
89
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Les allèles du gène
La tyrosinase résulte de l'expression d'un gène situé sur le chromosome 11. Le séquençage du gène a
montré que l'allèle normal présentait un polymorphisme : au codon 192 TAT (sérine) ou TCT
(tyrosine), avec une fréquence égale chez les « caucasiens » alors que l'on trouve 100% de TCT chez les
orientaux ; au codon 402 CGA (arginine) ou CAA (glutamine) avec 100% de CGA pour les orientaux
alors que pour les caucasiens on a 85% de CGA et 15% de CAA. Dans la banque, nous n'avons retenu
que TAT/TCT, les deux allèles normaux étant appelés Tyrcod1 avec TAT et Tyrcod2 avec TCT. Le
tableau suivant fournit les caractéristiques des allèles à l’origine de l’albinisme retenus dans la banque.
Séquence nucléique
Polypeptide
Nucléotides changés Codons changés
Noms des allèles
Nature - Position
Nature - Position
Tyrcod1
A575
TAT192
(Référence 1)
Tyrcod2
C575
TCT192
(Référence 2)
A.A. changés
Type de mutation
Nature - Position
Tyr192
Ser192
Substitution neutre
(1) Tyralba1
G1147 A
GAT383 AAT
Asp383Asn
Substitution faux sens
(2) Tyralba2
- TG732-733
TGT244 TGA
Cys244X
Délétion
(2) Tyralba3
G533 A
TGG178 TAG
Trp178X
Substitution non sens
(1) Tyralba4
C242 T
CCT81 CTT
Pro81Leu
Substitution faux sens
(2) Tyralba5
C242 T
CCT81 CTT
Pro81Leu
Substitution faux sens
(2) Tyralbb1
C1217 T
CCT406 CTT
Pro406Leu
Substitution faux sens
(1) Tyralbts
G1265 A
CGG422 CAG
Arg422Gln
Substitution faux sens
Quelques allèles du gène qui code pour la tyrosinase.
Caractéristiques des enzymes codées par ces allèles
Ces mutations déterminent des enzymes ayant des caractéristiques diverses :
• enzymes totalement inactives (à l’origine du phénotype OCA-lA) : ce sont notamment celles
codées par les allèles Tyralba1, Tyralba2, Tyralba3, Tyralba4 et Tyralba5 dans la banque ;
• enzyme partiellement active (à l’origine du phénotype OCA-1B) : l'allèle muté est appelé
Tyralbb1 dans la banque ; la tyrosinase possède une activité résiduelle et la dopaquinone
formée qui a une forte affinité pour les groupements sulfhydril (présents dans la cystéine) est
transformée en phéomélanine (pigment jaunâtre). La voie métabolique vers la phéomélanine
est donc privilégiée aux dépens de celle de l'eumélanine (cf. chaîne de biosynthèse) ;
• enzyme thermo-sensible (à l’origine du phénotype OCA-1TS) : l'allèle muté est appelé
Tyralbts dans la banque : la tyrosinase est inactive au dessus de 35°C. La mutation serait
semblable à celle qui existe chez le chat siamois.
90
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
L'albinisme oculo-cutané de type 2
Il est dit tyrosinase-positive car le test du bulbe pileux est positif, ce qui laisse supposer que le gène de
la tyrosinase est normal. Cette forme d'albinisme est la plus commune et la plus variable. Sa
distribution est mondiale avec une forte fréquence en Afrique, notamment équatoriale.
Phénotype clinique
Il est globalement moins sévère que l’OCA de type 1. L'hypopigmentation cutanée peut varier suivant
l'origine ethnique et l'hétérozygotie éventuelle de l'individu. Cependant, certains caractères paraissent
communs : les individus ont des cheveux légèrement pigmentés à la naissance, la peau est blanche, les
yeux sont bleus et surtout la pigmentation augmente avec l'âge.
Phénotype moléculaire
Le ou les gènes responsables n’ont pas encore été séquencés et la pathologie moléculaire n'a pas été
déterminée.
Utilisations pédagogiques
Deux aspects sont envisagés pour chaque exemple : l’un très sommairement car correspondant à une
étude classique en génétique humaine, l’autre plus en détail car reposant sur l’utilisation du logiciel
pour effectuer un diagnostic génotypique.
Albinisme de type OCA-1 dû à des allèles différents du gène de la tyrosinase
FAM1ALB
i
1
2
3
4
ii
1
2
3
4
iii
1
2
3
?
Phénotypes des individus albinos de cette famille :
- absence totale de pigmentation des cheveux, de la peau, des yeux ;
- troubles oculaires ;
- test du bulbe pileux : activité de la tyrosinase nulle.
Famille 1 (à partir de Am. J. Hum. Gen., 1993, V52, p. 406-413).
91
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Analyse classique
Après la présentation des données de base sur la synthèse de mélanine et le rôle joué par la tyrosinase,
l’analyse de cet arbre débouche sur :
• le constat qu’il s’agit d’une hérédité autosomale récessive ;
• les génotypes possibles des individus (en utilisant le symbolisme “ a+ ” pour désigner tout
allèle fonctionnel, et “ a ” pour désigner tout allèle à l’origine de l’albinisme) ;
• le calcul de la probabilité qu’a un couple d’avoir un enfant albinos.
Par exemple, on peut rechercher la probabilité qu’a iii1 d’avoir un enfant albinos sachant que sa
femme ne présente aucun antécédent d'albinisme dans sa famille. iii1 est normal mais il a 2 chances
sur 3 de porter l'allèle muté responsable de l'albinisme de sa sœur et de son frère. Sachant que dans la
population la fréquence des allèles de l'albinisme est de 1%, ce couple a une probabilité de 2/3 x 1/100
= 2/300 d'être formé de deux hétérozygotes ; si c’est le cas, ils ont 25% de chances d'avoir un enfant
albinos. La probabilité qu’a le couple d’avoir un enfant albinos est donc de : 2/300 x 1/4 = 1/600.
Analyse génotypique
Elle peut permettre de tester les hypothèses émises sur le génotype des individus, par exemple le
génotype de iii1, et d’affiner en conséquence le calcul de probabilité de naissance d’un individu
albinos.
Reconnaissance des allèles Tyrcod1 et Tyrcod2 par la méthode des enzymes de restriction
Dans cet exercice préliminaire, il s’agit d’amener les élèves à s’approprier la technique d’identification
d’un allèle grâce aux enzymes de restriction afin qu’ils puissent par la suite utiliser librement le
logiciel pour déterminer le génotype d’un individu. Pour cela :
• comparer ces séquences et repérer l’existence d’une seule différence au niveau de la base 575 :
A dans Tyrcod1 devient C dans Tyrcod2 ;
•
introduire la notion d’enzyme de restriction et utiliser la banque des enzymes de restriction :
repérer dans la liste des enzymes une enzyme susceptible de différencier les deux allèles
Tyrcod1 et Tyrcod2. L'élève doit arriver à la conclusion que XhoII (GGATCT) coupe Tyrcod2
dans la région « 575 » mais pas Tyrcod1 ;
•
Enzymes du fichier des enzymes de restriction de la tyrosinase
Nom
Motif (s) reconnu (s)
Msp I
CCGG
Mnl I
CCTC
Hae III
GGCC
EINV2
CAATC
Xho II
GGATCT
Xba I
TCTAGA
EINV4
AGTGTG
•
vérifier cette conclusion en faisant agir cette enzyme et d'autres appartenant au fichier des
enzymes de restriction de la tyrosinase sur Tyrcod1 et Tyrcod2.
92
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Action enzymatique
Visualisation de l’action enzymatique sous la forme d’un graphique. XhoII coupe 2 fois Tyrcod1 (en 1135 et 1418) et 3 fois
Tyrcod2 (en 571, 1135 et 1418). Le résultat obtenu signifie aussi qu'il y a plusieurs motifs GGATCT dans les séquences.
Pour les autres enzymes, il n'existe aucune différence dans le nombre de coupures entre les deux
séquences.
93
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Visualisation de l’action enzymatique sous la forme d’un tableau.
Pour bien faire saisir la signification des informations fournies par le logiciel (nombre de sites et
dimensions des fragments) on peut leur demander de reporter sur une représentation schématique de
chaque allèle les sites de coupure et les longueurs des fragments. Il peut être intéressant de faire
l’analogie avec la séparation des fragments de restriction par électrophorèse.
Reconnaissance de tous les allèles du gène de la tyrosinase ;
construction du tableau de référence
Pour appliquer cette technique à tous les allèles du gène de la tyrosinase, il convient de les analyser
avec le fichier des enzymes de restriction de la tyrosinase. Les élèves doivent obtenir le tableau cidessous qui sert de référence pour la détermination des génotypes de tous les individus.
Nombre de sites reconnus dans les allèles du gène de la tyrosinase.
À partir de ce tableau, les élèves doivent déterminer l’enzyme ou les enzymes permettant d’identifier
tel ou tel allèle. On remarquera que Tyralba4 et Tyralba5 présentent la même mutation à l’origine de
l’albinisme mais cette mutation est portée dans un cas par Tyrcod1 et dans l’autre par Tyrcod2.
Détermination des génotypes de l’arbre généalogique
La technique étant acquise, les élèves peuvent maintenant tester les hypothèses sur les génotypes et
faire des prévisions sur le phénotype d’un descendant.
On peut cibler l’analyse génotypique sur l’individu iii1 prolongeant ainsi les suppositions émises à
partir d’une analyse classique de l’arbre généalogique. Pour cela, il convient d’accéder aux séquences
de la famille 1. L’analyse des allèles de l’individu iii1 (iii1ALL1.TYR et iii1ALL2.TYR) avec le fichier
enztyr révèle que cet individu a comme génotype Tyrcod2/Tyrcod2. Il est donc homozygote et ne
risque donc pas d’avoir un enfant albinos. Ainsi l’analyse génétique permet d’affiner les prévisions
faites sur des bases phénotypiques. On peut aussi chercher à identifier les allèles portés par les
individus albinos de cette famille (iii2 et iii3). L’analyse montre qu’ils sont hétérozygotes
Tyralba1/Tyralba2 et remet en cause partiellement le génotype a/a établi à partir des phénotypes.
Il reste à préciser les caractéristiques de ces allèles morbides par rapport aux allèles de référence et
d’en étudier les conséquences au niveau polypeptidique.
94
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Le tableau ci-dessous renseigne sur les génotypes de tous les individus de la famille FAM1ALB.
Allèles
des
individus
F1-i1all1
F1-i1all2
F1-i2all1
F1-i2all2
F1-i3all1
F1-i3all2
F1-i4all1
F1-i4all2
F1-ii1all1
F1-ii1all2
F1-ii2all1
F1-ii2all2
F1-ii3all1
F1-ii3all2
F1-ii4all1
F1-ii4all2
F1-iii1all1
F1-iii1all2
F1-iii2all1
F1-iii2all2
F1-iii3all1
F1-iii3all2
Nombre de sites reconnus par
Msp I
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Mnl I
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
Hae III
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
EINV2 Xho II Xba I
3
3
3
3
2
1
2
3
2
3
3
3
3
3
1
2
1
2
2
3
3
3
1
2
1
2
3
Allèles
du
gène
EINV4
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
-
Tyralba2
Tyrcod2
Tyrcod2
Tyrcod2
Tyrcod1
Tyralba1
Tyrcod2
Tyrcod1
Tyrcod2
Tyrcod2
Tyrcod2
Tyralba2
Tyrcod2
Tyralba1
Tyralba1
Tyrcod1
Tyrcod2
Tyrcod2
Tyralba2
Tyralba1
Tyralba1
Tyralba2
Allèles du gène de la tyrosinase chez les individus de FAM1ALB.
95
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Albinisme dû à des gènes différents
FAM2ALB
i
3
2
1
4
ii
1
2
3
4
5
iii
1
2
3
Phénotype de l'individu ii2 :
- absence totale de pigmentation des cheveux, de la peau, des yeux ;
- troubles oculaires ;
- test du bulbe pileux : activité de la tyrosinase nulle.
Phénotype de l'individu ii3 :
- pigmentation des cheveux, de la peau, des yeux, faible à la naissance ;
elle augmente durant la vie sans atteindre le niveau normal ;
- troubles oculaires ;
- test du bulbe pileux : positif.
Famille 2 (à partir de Brit. J. Ophtal., 1952, V 36, p. 37).
Analyse classique
L’analyse classique doit déboucher sur l’apparente contradiction soulevée par la descendance du
couple ii2 et ii3 : alors qu’ils sont albinos et que le phénotype albinos est récessif, leurs trois enfants ont
un phénotype non albinos. Les données sur la tyrosinase conduisent à proposer une interprétation de
cette contradiction : l’albinisme du père serait dû à des allèles morbides du gène de la tyrosinase et
l’albinisme de la mère serait dû à des allèles d’un ou d’autres gènes. Cette hypothèse peut être testée
grâce à l’analyse génotypique en utilisant le fichier des enzymes de restriction enztyr.
Analyse génotypique
La démarche est identique au cas précèdent. L’analyse génotypique confirme cette interprétation
puisque l’individu ii2 possède deux allèles morbides de la tyrosinase et ii3 deux allèles fonctionnels
Tyrcod1/Tyrcod2. Cette analyse est néanmoins incomplète car on ne dispose pas d’informations sur le
ou les autres gènes responsables de l’albinisme de l’individu ii3. On peut aussi s’intéresser au
génotype d’autres individus de cette famille pour corroborer cette interprétation et préciser les
caractéristiques des allèles morbides.
96
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Allèles des
individus
Msp I Mnl I
F2-i1all1
F2-i1all2
F2-i2all1
F2-i2all2
F2-i3all1
F2-i3all2
F2-i4all1
F2-i4all2
F2-ii1all1
F2-ii1all2
F2-ii2all1
F2-ii2all2
F2-ii3all1
F2-ii3all2
F2-ii4all1
F2-ii4all2
F2-ii5all1
F2-ii5all2
F2-iii1all1
F2-iii1all2
F2-iii2all1
F2-iii2all2
F2-iii3all1
F2-iii3all2
Allèles du
gène
Nombre de sites reconnus par
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
Hae
III
6
7
7
7
7
7
7
7
7
7
6
7
7
7
7
7
7
7
6
7
7
7
7
6
EINV
2
Xho II Xba I
2
3
3
3
2
2
3
2
3
3
2
3
2
3
2
2
3
2
2
2
2
3
3
2
1
1
1
1
EINV
4
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Tyralba4
Tyrcod2
Tyrcod2
Tyralba3
Tyrcod1
Tyrcod1
Tyrcod2
Tyrcod1
Tyrcod2
Tyralba3
Tyralba4
Tyralba3
Tyrcod1
Tyrcod2
Tyrcod1
Tyrcod1
Tyrcod2
Tyrcod1
Tyralba4
Tyrcod2
Tyrcod1
Tyralba3
Tyrcod2
Tyralba4
Allèles du gène de la tyrosinase chez les individus de FAM2ALB.
97
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Phénotypes différents de l’albinisme OCA-1 dus à des allèles différents du gène de la
tyrosinase
FAM3ALB
i
1
2
3
4
ii
3
2
1
iii
1
2
3
4
5
Phénotype de l'individu ii3 :
- absence totale de pigmentation ;
- activité de la tyrosinase nulle.
Phénotypes des individus iii1, iii2, iii3 :
- pas de pigmentation à la naissance, mais accumulation d'une faible
quantité de mélanine jaune au cours de l'enfance et à l'âge adulte ;
- activité de la tyrosinase faible à très faible.
Famille 3 (d’après Am. J. Hum. Gen., 1980, V32, p. 387-395).
Analyse classique
Deux phénotypes albinos sont présents dans l'arbre généalogique de cette famille, l'un traduisant un
albinisme oculo-cutané sévère, l'autre marqué par une pigmentation résiduelle augmentant au cours
de la vie. L'analyse classique conduit à soulever le problème de l'origine de cette diversité
phénotypique : est-elle due à des allèles de deux gènes différents ou des allèles d'un même gène.
L'analyse génétique classique n'apporte pas de réponse (il n'y a pas dans la famille une union entre
deux albinos de phénotypes différents pouvant révéler une complémentation). Toutefois, puisque le
test du bulbe pileux révèle que l'activité de la tyrosinase est affectée chez les deux phénotypes, la
deuxième hypothèse est la plus probable.
L'analyse des allèles du gène qui code pour la tyrosinase possédés par les membre de cette famille
permet de tester cette dernière hypothèse. S'il en est bien ainsi, les individus à phénotype albinisme
moins sévère doivent posséder au moins un allèle à la fois différent des allèles normaux Tyrcod1 et
Tyrcod2 et des allèles morbides de la personne ii3.
Analyse génotypique
C'est ce que confirme l'analyse génotypique des personnes iii1, iii2, iii3 et ii3 réalisée avec le fichier des
enzymes de restriction enztyr. Le tableau résume les différents génotypes des individus de l'arbre.
98
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Allèles des
individus
Nombre de sites reconnus par
Msp I Mnl I
F3-i1all1
F3-i1all2
F3-i2all1
F3-i2all2
F3-i3all1
F3-i3all2
F3-i4all1
F3-i4all2
F3-ii1all1
F3-ii1all2
F3-ii2all1
F3-ii2all2
F3-ii3all1
F3-ii3all2
F3-iii1all1
F3-iii1all2
F3-iii2all1
F3-iii2all2
F3-iii3all1
F3-iii3all2
F3-iii4all1
F3-iii4all2
F3-iii5all1
F3-iii5all2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
11
11
11
11
11
11
11
11
11
10
11
11
11
11
11
10
11
10
11
10
10
11
11
11
Hae
III
7
7
7
6
6
7
7
6
7
7
7
6
6
6
6
7
6
7
6
7
7
7
7
7
EINV
2
Xho II Xba I
2
3
2
2
2
2
2
2
2
3
3
2
2
2
2
3
2
3
2
3
3
3
3
2
Allèles du
gène
EINV
4
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Tyrcod1
Tyrcod2
Tyrcod1
Tyralba4
Tyralba4
Tyrcod1
Tyrcod1
Tyralba4
Tyrcod1
Tyralbb1
Tyrcod2
Tyralba4
Tyralba4
Tyralba4
Tyralba4
Tyralbb1
Tyralba4
Tyralbb1
Tyralba4
Tyralbb1
Tyralbb1
Tyrcod2
Tyrcod2
Tyrcod1
Allèles du gène de la tyrosinase chez les individus de FAM3ALB.
La personne ii3 est homozygote Tyralba4/Tyralba4. Les individus iii1, iii2 et iii3 ont hérité de leur
mère, cousine germaine de ii3, l'allèle Tyralba4. Ils possèdent en commun l’allèle Tyralbb1 qui
provient de leur père. Comme leur phénotype est différent de celui de ii3, cette différence ne peut être
attribuée qu'à la présence de l'allèle Tyralbb1 ; cela corrobore l’idée que cet allèle doit coder pour une
tyrosinase à activité réduite à l'origine de leur faible pigmentation. Tyralba4 et Tyralbb1 sont tous les
deux des allèles résultant d'une substitution faux sens qui entraîne le remplacement d'un résidu
proline par de la leucine, l'une en position 81, l'autre en 406, occasion de rappeler que les
conséquences d'une mutation au niveau polypeptidique dépendent non seulement de la nature de la
substitution mais aussi de son emplacement.
99
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Phénotype albinos température dépendant
FAM4ALB
i
1
2
ii
1
2
3
4
5
6
7
iii
1
Phénotypes des individus ii2, ii5, ii6 :
- cheveux très peu pigmentés, poils pubiens et du tronc légèrement pigmentés,
poils des bras et des jambes pigmentés ;
- activité de la tyrosinase : très faible au dessus de 35°.
Phénotype de l'individu iii1 :
- test
... du bulbe pileux : activité de la tyrosinase nulle
Famille 4 (d'après J. Clin. Inv., 1991, V87, p. 1119-1122).
Analyse classique
L'analyse de cet arbre généalogique enrichit le spectre des phénotypes de l'albinisme. Les données
laissent à penser que le phénotype composite observé est dû à un allèle codant pour une tyrosinase
dont l'activité dépend de la température. La naissance d'un enfant albinos iii1 à partir du couple ii6 et
ii7 peut paraître étonnante. Elle signifie en effet que iii1 n'a reçu ni l'allèle fonctionnel de sa mère ni un
allèle de tyrosinase thermo-dépendante de son père. Cela ne se comprend que si ii6 et ii7 possèdent
tous deux un allèle morbide codant pour une tyrosinase à activité nulle.
Analyse génotypique
La détermination des génotypes des individus cités permet de corroborer ces hypothèses.
100
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Allèles des
individus
F4-i1all1
F4-i1all2
F4-i2all1
F4-i2all2
F4-ii1all1
F4-ii1all2
F4-ii2all1
F4-ii2all2
F4-ii3all1
F4-ii3all2
F4-ii4all1
F4-ii4all2
F4-ii5all1
F4-ii5all2
F4-ii6all1
F4-ii6all2
F4-ii7all1
F4-ii7all2
F4-iii1all1
F4-iii1all2
Nombre de sites reconnus par
Msp I
Mnl I
2
1
2
2
2
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2
2
2
2
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
11
Hae
III
7
7
6
7
7
7
7
6
7
7
7
7
7
6
7
6
6
7
6
6
EINV
2
Xho II Xba I
3
2
2
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
2
2
3
Allèles du
gène
EINV
4
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Tyrcod2
Tyralbts
Tyralba4
Tyrcod1
Tyrcod1
Tyrcod2
Tyralbts
Tyralba4
Tyralbts
Tyrcod1
Tyrcod1
Tyrcod1
Tyralbts
Tyralba4
Tyralbts
Tyralba4
Tyralba5
Tyrcod1
Tyralba4
Tyralba5
Allèles du gène de la tyrosinase chez les individus de FAM4ALB.
Conclusions
Ces arbres généalogiques sur l'albinisme permettent de faire percevoir la complexité des maladies
héréditaires traduite par une hétérogénéité phénotypique. Cette dernière est due à une hétérogénéité
génétique liée à des allèles différents d'un même gène ou due à des allèles de gènes occupant des loci
différents. Cette complexité génétique fait saisir toute la difficulté du diagnostic génétique. Les
données de la banque et les fonctions du logiciel aident à comprendre les principes d'utilisation des
enzymes de restriction pour la détermination du génotype et montrent tout l'intérêt dans le domaine
prévisionnel de la détermination des génotypes par rapport à l'analyse classique.
101
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Hérédité des rétinites pigmentaires
Informations scientifiques
Maladies héréditaires, les rétinites pigmentaires sont la cause principale des malvoyances (30% des
déficiences visuelles). La maladie débute par une atteinte de la vision nocturne avec réduction du
champ visuel causée par la dégénérescence progressive des bâtonnets. La dégénérescence de la rétine
s'accroît et finit par atteindre la région de la fovéa (cellules en cônes) ce qui entraîne une baisse de
l'acuité visuelle et une cécité presque complète.
Le phénotype rétinite pigmentaire est très hétérogène sur le plan clinique, se traduisant par une
variabilité de la précocité des premiers signes et de la durée d'extension de la maladie. Cette diversité
phénotypique a pour support une diversité génétique liée au fait que plusieurs gènes peuvent être
impliqués (trois gènes ont été clairement identifiés) et qu'il existe pour chacun de ces gènes plusieurs
allèles. Les gènes connus à l'origine des rétinites codent pour des protéines intervenant dans des
processus de phototransduction (genèse d'un potentiel de récepteur à partir d'un stimulus lumineux).
Ce sont les gènes qui codent pour :
• la rhodopsine : pigment situé dans la membrane des disques des segments externes des
bâtonnets et qui capte les photons ;
• la périphérine : protéine de la membrane des disques des bâtonnets responsable du maintien
de la structure des disques membranaires ;
• la phosphodiestérase : enzyme directement impliquée dans la genèse du potentiel de
récepteur après absorption de photons par la rhodopsine.
L'analyse génétique a montré que certaines formes de rétinite sont dues à d'autres gènes que les trois
cités ; ainsi, 15% des rétinites pigmentaires sont dues à des gènes situés sur le chromosome X. En
fonction du mode de transmission, on reconnaît les rétinites pigmentaires dominantes, les rétinites
pigmentaires autosomales récessives et les rétinites récessives liées au sexe.
Gènes des rétinites autosomales dominantes
Gène de la rhodopsine situé sur le chromosome 3
Plusieurs allèles de ce gène sont à l'origine de rétinites sévères apparaissant au cours de la première
décennie et entraînant des atteintes graves de la fonction visuelle vers la fin de la deuxième décennie,
la gravité variant selon la nature de l'allèle.
Séquence nucléique
Noms des
allèles
Polypeptide
Codons changés
Nature - Position
A.A. changés
Nature - Position
Type de
mutation
Rhonorm
Nucléotides
changés
Nature - Position
(Référence)
(Référence)
(Référence)
(Référence)
Rhoret1
C68 →A
CCC23 →CAC
Pro23His
Rhoret2
C1040 →T
CCG347 →CTG
Pro347Leu
Rhoret3
GG404-405 →TT
CGG135 →CTT
Arg135Leu
Rhoret4
C403 →T
CGG135 →TGG
Arg135Trp
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
102
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Rhoret5
-Leu68Arg69
Thr70Pro71
Délétion
Rhoret6
- CTG68 CGC69
CTGCGCACGCCT ACG70 CCT71
202 →213
A886 →G
AAG296 →GAG
Lys296GLU
Rhoret7
- ATC763-764-765
- ATC255
- Ile255
Substitution
faux sens
Délétion
Rhoret8
C403 →G
CGG135→GGG
Arg135Gly
Rhoret9
G745 →T
GAG249 →TAG
Glu249X
Substitution
faux sens
Substitution
non sens
Caractéristiques de quelques allèles du gène de la rhodopsine.
Ce tableau résume les caractéristiques des principaux allèles morbides du gène de la rhodopsine qui
résultent de mutations diverses (substitutions faux sens, non sens, délétions). L'incorporation des
rhodopsines mutées dans la membrane, au cours du renouvellement des disques, est plus ou moins
entravée selon les mutations, ce qui entraîne une dégénérescence plus ou moins rapide des
photorécepteurs par des mécanismes non encore élucidés.
Gène de la périphérine
Situé sur le chromosome 6, ce gène s'exprime dans les cellules en cônes et en bâtonnets. Plusieurs
allèles morbides de ce gène ont été identifiés.
Séquence nucléique
Noms des
allèles
Pernorm
Perret1
Perret2
Perret3
Perret4
Perret5
Polypeptide
Nucléotides
Codons changés
changés
Nature - Position
Nature - Position
(Référence)
(Référence)
A.A. changés
Nature Position
(Référence)
Type de mutation
-TGC355-356-357 -TGC119
-TG73-74
TGG25 →GTT......
TGA43
C647 →T
CCT216 → CTT
- Cys119
Trp25Val........
43X
Pro216Leu
Délétion
Délétion
- CCA655-656657
T554 →C
- CCA219
- Pro219
CTG185 →CCG
Leu185Pro
(Référence)
Substitution faux
sens
Délétion
Substitution faux
sens
Caractéristiques de quelques allèles du gène de la périphérine.
Ces allèles sont à l'origine de rétinites pigmentaires modérées qui se manifestent au cours de la
deuxième décennie. L'acuité visuelle est généralement conservée pendant 20 à 30 ans d'évolution car
la dégénérescence des cellules visuelles est lente (plus de 40 ans).
103
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Gène des rétinites autosomales récessives
- Gène de la sous-unité bêta de la phosphodiestérase (PDE du guanine monophosphate
cyclique - GMPc)
Ce gène est situé sur le chromosome 4. Plusieurs allèles morbides ont été identifiés : les mutations
affectent l'activité catalytique de l'enzyme et empêchent la genèse du potentiel de récepteur.
Pdenorm
Séquence nucléique
Nucléotides
Codons changés
changés
Nature - Position
Nature Position
(Référence)
(Référence)
(Référence)
Pderet1
C892 →T
CAG298 →TAG
Gln298X
Pderet2
C1591 →T
CGA531 →TGA
Arg531X
Pderet3
- C1486 →
Pderet4
C1669 →T
CCC497CCA........ Thr497Pro....
.............TGA574
X574
CAC557 →TAC His557Tyr
Noms des
allèles
Polypeptide
A.A. changés
Nature Position
Type de
mutation
Substitution
non sens
Substitution
non sens
Délétion
décalante
Substitution
faux sens
Caractéristiques de quelques allèles du gène de la PDE.
Utilisations pédagogiques
La banque de données contient, pour les trois gènes, les séquences relatives aux génotypes des
individus appartenant à 5 arbres généalogiques. Cette richesse permet des démarches très diverses
recoupant plus ou moins celles vues dans l'étude de l'albinisme. Néanmoins, cette banque a surtout
été conçue en vue de mettre les élèves en situation d'autonomie au cours d'un travail de recherche
impliquant le réinvestissement de méthodes de raisonnement rencontrées précédemment. Le
problème à résoudre consiste à identifier le ou les gènes pouvant être à l'origine des rétinites
pigmentaires des différentes familles généalogiques. La recherche peut être répartie entre plusieurs
groupes d'élèves, chaque groupe s'occupant d'un ou de deux arbres généalogiques. Les informations
suivantes peuvent être fournies au préalable :
• les caractéristiques des phénotypes rétinites pigmentaires ;
• les noms et localisations des gènes connus pouvant être à l'origine de ce phénotype, avec
indication succincte du rôle des protéines qu'ils codent ;
• la dominance ou récessivité de ces gènes ; certaines formes de rétinites récessives sont dues à
un (ou des) gène (s) situé (s) sur un chromosome X mais non encore identifié (s) ;
• les tableaux de référence permettant l'identification de chaque allèle grâce à un fichier
d'enzymes de restriction propre à chaque gène (enzrho, enzpde, enzper).
104
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Enzymes du fichier enzrho.zym
Nom
Alu I
Hpa II
Mnl I
Fsp I
Motif(s) reconnu(s)
AGCT
CCGG
CCTC,GAGG
TGCGCA
Alu I
Rhonorm
(Référence)
Rhoret2
Rhoret3
Rhoret5
Mnl I
Fsp I
2
Hpa
II
4
12
1
2
3
2
3
4
4
12
12
11
1
1
-
Nombre de sites reconnus dans quelques allèles du gène qui code pour la rhodopsine.
Enzymes du fichier enzpde.zym
Nom
Mae I
Ava II
Pdenorm
(Référence)
Pderet1
Pderet2
Motif(s) reconnu(s)
CTAG
GGACC,GGTCC
Mae I Ava II
10
1
-
10
9
Nombre de sites reconnus dans quelques allèles du gène qui code pour la PDE.
105
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Enzymes du fichier enzper.zym
Nom
reconnu(s)
Bbv I
Motif(s)
GCAGC,GCTGC
Bbv I
10
Pernorm
(Référence)
Perret1
9
Nombre de sites reconnus dans deux allèles du gène de la périphérine.
Munis de ces renseignements, les élèves doivent exploiter les informations tirées de l'analyse des
arbres généalogiques pour argumenter sur le ou les gènes en cause possibles et tester leurs
suppositions par la détermination des génotypes d'individus bien choisis.
Rétinite due à des allèles du gène de la rhodopsine
FAM1RET
i
1
2
1
2
3
1
2
3
ii
4
iii
4
5
Rétinite pigmentaire :
- cécité périphérique et nocturne
- apparition rapide des symptômes dès la première décennie
- détection par un électrorétinogramme
- destruction des cônes en fin de maladie (cécité complète)
Famille 1 (d'après Genomics, 11, 1991).
De l'analyse de cet arbre l'élève doit conclure que le phénotype rétinite pigmentaire est dominant et
que la transmission peut s'expliquer par un gène autosomal ou par un gène porté par X. Etant donné
les informations fournies au préalable, il doit songer soit au gène de la rhodopsine soit à celui de la
périphérine, mais plus probablement au gène de la rhodopsine vu la gravité des symptômes dans
cette famille. En identifiant les génotypes des individus malades, il constate que tous ces individus
possèdent des allèles normaux du gène de la pésiphérine ; en revanche, ils ont pour le gène de la
rhodopsine un allèle connu comme étant à l'origine d'une rétinite et un allèle normal.
106
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
On pourrait prolonger l'étude en demandant en quoi les données sur les génotypes de cet arbre
confirment que les allèles Rhoret3 et Rhoret5 sont bien causes de rétinites : on ne les retrouve pas chez
les individus de la famille à phénotype normal.
Allèles des
individus
F1-i1all1
F1-i1all2
F1-i2all1
F1-i2all2
F1-ii1all1
F1-ii1all2
F1-ii2all1
F1-ii2all2
F1-ii3all1
F1-ii3all2
F1-ii4all1
F1-ii4all2
F1-iii1all1
F1-iii1all2
F1-iii2all1
F1-iii2all2
F1-iii3all1
F1-iii3all2
F1-iii4all1
F1-iii4all2
F1-iii5all1
F1-iii5all2
Nombre de sites reconnus par
Alu I
2
3
2
2
3
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
2
2
2
2
2
2
Hpa II
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Mnl I
12
12
11
12
12
12
12
12
12
11
12
12
12
12
12
12
11
12
12
12
12
12
Allèles du
gène
Fsp I
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Rhonorm
Rhoret3
Rhoret5
Rhonorm
Rhoret3
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhoret5
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhoret3
Rhoret5
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Allèles du gène de la rhodopsine chez les individus de la famille FAM1RET.
107
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Rétinite due à des allèles du gène de la phosphodiestérase
FAM2RET
i
1
2
ii
2
1
3
4
5
iii
1
2
Rétinite pigmentaire :
- cécité nocturne et périphérique
- dégénérescence des batonnets (qui tendent à disparaître à + ou - long terme)
- détection par un électrorétinogramme
- destruction des cônes en fin de maladie (cécité complète)
Famille 2 (d'après Nature Genetics, vol. 4, juin 1993).
L'analyse classique conduit à conclure à un cas d'hérédité autosomale récessive ou à un cas d'hérédité
liée au sexe. D'après les données fournies, c'est plutôt le gène de la phosphodiestérase qui pourrait
être impliqué. La détermination des génotypes de ii2 et ii3 montre qu'ils possèdent deux allèles
morbides du gène de la PDE. On peut poursuivre l'étude en mettant en évidence les conséquences des
mutations sur les polypeptides : dans les deux cas, les polypeptides sont tronqués (cf. tableau des
caractéristiques des allèles de ce gène).
Allèles des
individus
F2-i1all1
F2-i1all2
F2-i2all1
F2-i2all2
F2-ii1all1
F2-ii1all2
F2-ii2all1
F2-ii2all2
F2-ii3all1
F2-ii3all2
F2-ii4all1
F2-ii4all2
F2-ii5all1
Nombre sites reconnus par
Ava II
1
1
1
1
-
Mae I
10
10
9
10
10
10
10
9
9
10
10
10
9
Allèles du
gène
Pdenorm
Pderet1
Pderet2
Pdenorm
Pdenorm
Pdenorm
Pderet1
Pderet2
Pderet2
Pderet1
Pdenorm
Pderet1
Pderet2
108
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
F2-ii5all2
F2-iii1all1
F2-iii1all2
F2-iii2all1
F2-iii2all2
1
1
10
10
10
10
10
Pdenorm
Pdenorm
Pderet1
Pdenorm
Pderet1
Allèles du gène de la PDE chez les individus de la famille FAM2RET.
Rétinite résultant d'une néomutation dans le gène de la rhodopsine
FAM3RET
i
1
2
ii
1
2
3
4
iii
2
1
Rétinite pigmentaire :
- cécité périphérique et nocturne
- apparition précoce des symptômes dès la première décennie
- évolution rapide de la maladie
- détection par un électrorétinogramme
- destruction des cônes en fin de maladie (cécité complète)
Famille 3 (d'après Proc. Nat. Acad. Sci. USA, vol. 88, oct. 1991).
L'analyse classique laisse penser à un cas d'hérédité récessive et autosomale ce qui implique que ii1
soit hétérozygote comme i1 et i2. D'après les informations dont on dispose, on peut soupçonner le
gène de la phosphodiestérase. L'analyse génotypique concernant ii2 et iii2 indique qu'ils possèdent 2
allèles normaux de ce gène. Pour rechercher d'autres solutions, l'élève peut examiner le génotype de
ii2 dans les autres gènes disponibles et découvrir qu'il possède un allèle morbide du gène de la
rhodopsine. Cette conclusion est en contradiction avec la récessivité apparente de la transmission de la
rétinite dans cette famille. En analysant les génotypes de i1 et i2, l'élève doit conclure que la rétinite de
ii2 s'explique par une mutation nouvelle lors de la formation des gamètes de i1 ou i2.
Allèles des
individus
F3-i1all1
F3-i1all2
F3-i2all1
F3-i2all2
F3-ii1all1
F3-ii1all2
Nombre de sites reconnus par
Alu I
2
2
2
2
2
2
Hpa II
4
4
4
4
4
4
Mnl I
12
12
12
12
12
12
Allèles du
gène
Fsp I
1
1
1
1
1
1
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
109
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
F3-ii2all1
F3-ii2all2
F3-ii3all1
F3-ii3all2
F3-ii4all1
F3-ii4all2
F3-iii1all1
F3-iii1all2
F3-iii2all1
F3-iii2all2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
3
4
4
4
4
4
4
4
4
3
12
12
12
12
12
12
12
12
12
12
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Rhoret2
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhonorm
Rhoret2
Allèles du gène de la rhodopsine chez les individus de la famille FAM3RET.
Rétinite due à des allèles du gène qui code pour la périphérine
FAM4RET
i
1
2
ii
1
2
3
4
iii
1
2
3
4
Rétinite pigmentaire :
- cécité périphérique et nocturne
- dégénérescence des batonnets (qui tendent à disparaître à + ou - long terme)
- apparition des symptômes assez tardive
- détection par un électrorétinogramme
- évolution lente de la maladie
- destruction des cônes en fin de maladie (cécité complète)
Famille 4 (d'après Nature Genetics, vol. 3, mars 1993)
L'analyse classique de cet arbre exclut une hérédité récessive liée au sexe ; elle laisse possible, avec une
probabilité faible, une hérédité autosomale récessive. Les interprétations les plus probables sont soit
une hérédité autosomale dominante, soit une hérédité liée au sexe dominante. Les symptômes
orientent plutôt vers la périphérine. L'analyse génotypique corrobore ce point de vue : tous les
individus s'avèrent normaux pour la rhodopsine.
Allèles des
individus
F4-i1all1
F4-i1all2
F4-i2all1
F4-i2all2
F4-ii1all1
Nombre de sites reconnus
par Bbv I
10
10
10
9
10
Allèles du
gène
Pernorm
Pernorm
Pernorm
Perret1
Pernorm
110
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
F4-ii1all2
F4-ii2all1
F4-ii2all2
F4-ii3all1
F4-ii3all2
F4-ii4all1
F4-ii4all2
F4-iii1all1
F4-iii1all2
F4-iii2all1
F4-iii2all2
F4-iii3all1
F4-iii3all2
F4-iii4all1
F4-iii4all2
10
10
10
9
10
10
10
10
9
9
10
10
10
10
10
Pernorm
Pernorm
Pernorm
Perret1
Pernorm
Pernorm
Pernorm
Pernorm
Perret1
Perret1
Pernorm
Pernorm
Pernorm
Pernorm
Pernorm
Allèles du gène de la périphérine chez les individus de la famille FAM4RET.
Rétinite liée à un allèle d'un gène non identifié porté par un chromosome X
FAM5RET
i
2
1
ii
1
2
3
4
5
iii
1
2
3
4
5
6
iiii
1
Rétinite pigmentaire :
- cécité périphérique et nocturne
- dégénérescence des batonnets (qui tendent à disparaître à + ou - long terme)
- détection par un électrorétinogramme
- destruction des cônes en fin de maladie (cécité complète)
Famille 5 avec rétinite.
L'analyse classique conduit à une hérédité récessive soit autosomale soit liée au sexe. On peut
suspecter le gène de la phosphodiestérase ; par ailleurs, l'apparition d'une néomutation expliquant le
phénotype malade chez deux individus de la deuxième génération peut être exclue (très faible
probabilité de deux mutations).
L'analyse génétique des individus malades infirme l'hypothèse du gène de la phosphodiestérase. Les
autres gènes pourraient-ils avoir des allèles récessifs à l'origine de rétinites ? L'analyse génétique des
individus malades montre qu'ils possèdent des allèles normaux pour les gènes de la rhodopsine et
pour celui de la périphérine.
111
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
La seule conclusion possible est que cette rétinite est due à un ou des allèles d'un gène autre que ceux
de la rhodopsine, de la périphérine et de la phosphodiestérase. Ce gène est probablement situé sur le
chromosome X étant donné l'aspect de l'arbre généalogique.
Les déficiences en glucose 6 phosphate déshydrogénase (G6PD)
Données scientifiques
Rôle de l'enzyme G6PD
C'est une enzyme cytoplasmique présente dans toutes les cellules. Elle catalyse la première réaction de
la voie des pentoses phosphates. Cette autre voie du catabolisme glucidique produit du ribose 5
phosphate (qui servira ultérieurement à la synthèse des nucléotides) et du NADPH, coenzyme qui est
le principal donneur d'hydrogène dans de nombreuses réactions de biosynthèse. NADPH est aussi
indispensable pour que se réalise la destruction du peroxyde d'hydrogène hautement toxique pour la
cellule. La chaîne de réaction est la suivante :
G6PD
↓
glucose-6-phosphate + NADP+ → 6-phosphogluconate + NADPH, H+
Glutathion réductase
↓
+
NADPH, H + glutathion oxydé → glutathion réduit + NADP+
Glutathion peroxydase
↓
Glutathion réduit + H2O2 → glutathion oxydé + H2O
La catalase catalyse la réaction : H2O2 → H2O + 1/2 O2
Ces quelques réactions nous montrent que pour la destruction du peroxyde d'hydrogène (H2O2), la
catalase et le glutathion sont indispensables. Avec une G6PD inactive ou de très peu active, il y a un
arrêt de production de NADPH par la voie des pentoses phosphates. Cela empêche la réduction du
glutathion et par là la destruction de H2O2. On sait d'autre part que le NADPH « stabilise » la
catalase. Donc sans NADPH, H2O2 ne sera pas détruit et la cellule sera tuée. Dans les globules rouges
cette situation est d'autant plus dramatique que d'autres enzymes permettant la production de
NADPH manquent.
Le polymorphisme du gène G6PD
Le gène codant pour la G6PD est situé dans la partie télomérique du bras long du chromosome X ; il
est formé par 13 exons et mesure 18 kilo paires de bases environ. Toutefois, sa région codante ne
comprend que 1545 paires de bases ce qui correspond à une protéine enzymatique formée par 515
acides aminés. On connaît de très nombreux allèles (plus d'une centaine), dont certains ont une
fréquence supérieure à 1%.
112
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Allèles
G6pdb
G6pda
Fréquence
Activité enzymatique
(% par rapport au
normal)
Manifestations cliniques
100
85
Aucune
Aucune
Jaunisse néo-natale ; anémie
hémolytique aiguë (médicaments,
infection)
Jaunisse néo-natale ; anémie
hémolytique aiguë (médicaments,
infection)
Jaunisse néo-natale ; anémie
hémolytique aiguë (médicaments,
infection)
Jaunisse néo-natale ; anémie
hémolytique aiguë (médicaments,
ingestion de fèves, infection)
Rares
Afrique Europe Méditerranée
65 %
99,7 %
90-99 %
20 %
<1%
G6pda-1
-
-
-
12
G6pda-2
15 %
-
< 12 %
12
G6pda-3
-
-
-
12
G6pdm
< 0,1 %
-
1-8%
3
-
-
-
25
G6pdseat
Fréquence de quelques allèles de la G6PD contenus dans la banque.
Noms des
allèles
G6pdb
Séquence nucléique
Nucléotides changés
Codons changés
Nature - Position
Nature - Position
(Référence)
(Référence)
Polypeptide
A.A. changés
Type de
Nature - Position mutation
(Référence)
G6pda
A376 G
AAT126 GAT
Asn126Asp
G6pda-1
A376 G
AAT126 GAT
Asn126Asp
G202 A
GTG68 ATG
Val68Met
A376 G
AAT GAT
Asn126Asp
G680 T
CGC227 CTC
Arg227Leu
A376 G
AAT126 GAT
Asn126Asp
T968 C
CTG323 CCG
Leu323Pro
G6pdm
C563 T
TCC188 TTC
Ser188Phe
G6pdseat
G844 C
GAT282 CAT
Asp282His
G6pda-2
G6pda-3
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Substitution
faux sens
Caractéristiques de quelques allèles du gène de la G6PD.
113
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Les allèles de ce gène peuvent donc servir de support pour étudier la notion de polymorphisme
génique. Certes, les allèles diffèrent uniquement par des substitutions faux sens et ne permettent pas
d'illustrer les diverses modalités des différences allèliques (les allèles résultant de mutations non sens,
d'insertions et délétions décalantes codant pour des protéines tronquées totalement non fonctionnelles
sont sans doute rapidement éliminées par la sélection naturelle). Mais ce système allèlique est
probablement le meilleur outil pour faire saisir la micro évolution d'un gène et sa diversification au
cours de l'évolution des populations humaines.
L'allèle G6pdb, le plus fréquent dans toutes les populations, est sans doute l'allèle ancestral (c'est aussi
le plus proche de celui séquencé chez le Chimpanzé). L'allèle G6pda, répandu en Afrique, résulte
d'une substitution au nucléotide 376 de la région codante (A376G) dans l'allèle G6pdb. Les trois allèles
G6pda- présentent cette même différence avec G6pdb plus une autre : tous les trois résultent de
mutations survenues au cours de la gamétogenèse d'individus G6pda et sont donc apparus
postérieurement à cet allèle. Par contre, l'allèle G6pdm diffère de G6pdb par une substitution autre
que celle trouvée dans G6pda : il provient d'une mutation intervenue chez un individu G6pdb mais on
ne peut situer chronologiquement sa formation par rapport à G6pda.
Populations
humaines
actuelles
G6PDA-3
G6PDA-2
G6PDA-1
G6PDA
G6PDB
G6PDBM
G6PDBSEAT
G6PDA
Premières populations humaines : tous les individus
possèdent l'allèle G6PDB.
G6PDB
Filiation possible entre les allèles de G6PD. Les pointillés indiquent seulement que le moment et l'ordre d'apparition
des allèles par mutation au cours de l'histoire de l'humanité sont inconnus.
La déficience en G6PD
La déficience en G6PD est l'enzymopathie la plus répandue : elle affecterait 400 millions de personnes
dans le monde. Les régions les plus touchées sont l'Afrique tropicale, le moyen Orient, l'Asie tropicale
et subtropicale. Un certain nombre d'allèles codent pour une enzyme G6PD déficiente. La déficience
n'est jamais totale : l'absence d'enzyme G6PD est sans doute incompatible avec la vie. Les
manifestations cliniques sont la jaunisse néonatale, une anémie hémolytique, et dans des cas sévères
des séquelles neurologiques. Des crises aigües d'anémie hémolytique peuvent être déclenchées par
des infections, des ingestions de fèves et divers médicaments (comme la primaquine). Heureusement,
seule une faible proportion des malades déficients en G6PD présentent une anémie hémolytique
chronique et pour les autres, en dehors des crises hémolytiques, il n'y a aucun symptôme particulier.
L'action favorisante de l'ingestion de fèves sur le déclenchement des crises hémolytiques est surtout
nette chez les personnes possédant l'allèle G6pdm.
114
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Le phénotype des femmes hétérozygotes possédant un allèle « normal » et un allèle
« déficient »
Il est classique de considérer comme récessif le phénotype G6PD déficient et c'est ce que traduit l'arbre
généalogique soumis à l'analyse. En réalité, la situation est plus complexe et le phénotype des femmes
hétérozygotes variable, certaines pouvant manifester des signes cliniques de déficience. Cela est en
relation avec l'inactivation au hasard d'un des chromosomes X dans chacune des cellules de
l'organisme, inactivation qui peut atteindre l'un ou l'autre des chromosomes X. La femme
hétérozygote possède deux populations d'hématies, l'une G6PD déficiente, l'autre avec une enzyme
G6PD efficace. L'importance relative de ces deux populations varie d'une femme à l'autre.
Utilisations pédagogiques en génétique humaine
FAMG6PD
i
2
1
ii
1
iii
2
3
4
6
5
?
1
2
3
4
5
6
7
8
Déficience en G6PD mais faible sensibilité à l'ingestion de fèves
Déficience en G6PD très forte
Crise hémolytique aigüe suite à l'ingestion de fèves
Famille avec déficit en G6PD.
L'étude du polymorphisme génique à partir de G6PD peut être conduite en adoptant une démarche
voisine de celle suivie pour l'alpha-antitrypsine.
Analyse classique
L'analyse de l'arbre généalogique conduit à la récessivité du phénotype G6PD déficient. En revanche,
les deux interprétations, hérédité autosomale récessive ou hérédité récessive liée au sexe, sont
plausibles même si la seconde apparaît plus probable.
L'interprétation suivant laquelle le gène serait situé sur un autosome implique que les individus non
apparentés i2, ii1 et ii6 soient hétérozygotes ; l'interprétation suivant laquelle l'hérédité serait liée au
sexe nécessite seulement que la femme ii1 soit hétérozygote. En outre, la différence entre les deux
phénotypes G6PD déficients des personnes iii1 et iii3 doit conduire à supposer que des allèles G6PD
déficients différents existent dans cette famille.
115
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Analyse génotypique
La détermination des génotypes des individus de l'arbre réalisée grâce à l'utilisation des enzymes de
restriction (fichier enzg6pd.zym) permet de tester ces hypothèses.
Enzymes du fichier enzg6pd.zym
Nom
Nla III
Fok I
Mbo II
Motif(s) reconnu(s)
CATG
GGATG,CATCC
GAAGA,TCTTC
Nla III
7
8
7
7
Fok I
8
8
7
7
Mbo II
10
10
10
11
Allèles reconnus
G6pda
G6pda-1
G6pdb
G6pdm
Allèles de la G6PD reconnus par les enzymes de restriction.
Allèles des
individus
F1-i1all1
F1-i1all2
F1-i2all
F1-ii1all1
F1-ii1all2
F1-ii2all
F1-ii3all
F1-ii4all
F1-ii5all1
F1-ii5all2
F1-ii6all
F1-iii1all
F1-iii2all
F1-iii3all1
F1-iii3all2
F1-iii4all1
F1-iii4all2
F1-iii5all
F1-iii6all
F1-iii7all1
F1-iii7all2
F1-iii8all
Nla III
8
8
7
7
7
8
8
8
8
7
7
7
7
8
7
7
7
8
8
8
7
7
Nombre de sites reconnus par
Fok I
Mbo II
8
10
8
10
7
10
7
10
7
11
8
10
8
10
8
10
8
10
7
10
8
10
7
11
7
10
8
10
7
11
7
10
8
10
8
10
8
10
8
10
8
10
7
10
Allèles
du gène
G6pda-1
G6pda-1
G6pdb
G6pdb
G6pdm
G6pda-1
G6pda-1
G6pda-1
G6pda-1
G6pdb
G6pda
G6pdm
G6pdb
G6pda-1
G6pdm
G6pdb
G6pda
G6pda-1
G6pda-1
G6pda-1
G6pda
G6pdb
Allèles du gène de la G6PD chez les individus de FAMG6PD.
L'existence d'un seul allèle G6PD dans la banque pour les hommes et de deux allèles pour les femmes
doit conduire les élèves à bien s'approprier la notion d'hérédité liée au sexe. La détermination du
génotype de iii1 met bien en valeur que dans un cas d'hérédité liée au sexe, le chromosome X d'un
garçon et les allèles des gènes qu'il porte proviennent de sa mère.
116
BIBLIOGRAPHIE
Alberts B. et al. : Biologie Moléculaire de la Cellule, Interéditions, 1988.
Albin R., Tagle D. : Genetics and molecular biology of huntington's disease. Trends in Neurosciences,
vol. 18, n° 1, 1995, p. 11-14.
Antonarakis S.E., Kazazian H.H., Orkin S.H. : DNA polymorphism and molecular pathology of the
human globin gene cluster, Human Genetics, n° 19, 1985, p. 1-14.
Bishop M. J., Rawlings C. J. (eds) : Nucleic Acid and Protein Sequence Analysis. A Practical
Approach, IRL Press, 1987.
Bouchard B. : Les protéines de régulation de la mélanogenèse. Génétique moléculaire des albinismes
cutanés. Médecine Science, vol. 9, 1993, p. 425-430.
CELL, vol. 21, octobre 1980 :
– Barallel F.E. et al. : The primary structure of the human ε globin gene, p. 621-626.
– Efstadiadis A. et al. : The structure and evolution of the human β globin gene family, p. 653-668.
– Lawn R.M. et al. : The nucleotide sequenceof the human β globin gene, p. 647-651.
– Slightom J.L. et al. : Human fetal Gγ et Aγ globin genes, p. 627-638.
– Spritz R.A. et al. : Complete nucleotide sequence of the human δ globin gene, p. 639-646.
Colombani J. : HLA - Fonctions immunitaires et applications médicales. J. Libbey, Eurotext, 1992.
Crystal R. et al. : Molecular basis of alpha-1-Antitrypsin deficiency. Am. J. of Med., vol 84 (suppl. 6A),
juin 1988.
Crystal R. et al; : The alpha-1-antitrypsin gene and its mutations. Chest, vol. 95, 1, 1989, p. 196-208.
Doolittle R.F. (ed.) : Molecular Evolution : Computer Analysis of Protein and Nucleic Acid
Sequences, Methods in Enzymology, Vol 183, Academic Press Inc., 1990.
Doolittle R.F. (ed.) : Of URFS and ORFS. A Primer on how to analyse derived Amino Acid
Sequences, Oxford University Press, 1986.
Gribskon M., Devereux J. : Sequence Analysis Primer, Macmillan, Stockton Press, 1991.
Hakomori S. : Les rôles cachés des groupes sanguins, La Recherche, mai 1993, p. 548-554.
Heijne G. Von : Sequence Analysis in Molecular Biology. Treasure Trove or Trivial Pursuit,
Academic Press Inc. 1987.
Higgins D.G., Bleasby A.J., Fuchs R. : CLUSTAL V: improved software for multiple sequence alignment,
Comput. Appl. Biosci. 8, p. 189-191, 1992.
Higgins D., Thompson J., Gibson T., Thompson J.D., Higgins D.G., Gibson T.J. : CLUSTAL W:
improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, positionspecific gap penalties and weight matrix choice, Nucleic Acids Res. 22, p. 4673-4680, 1994.
Humphries et al. : On the molecular genetics of retinites pigmentosa. Science, vol 256, mai 1992, p. 804808.
Kaplan J.-C., Dollfus H. : Coup d'œil sur la complexité (à propos des rétinites). In L'explosion de la
génétique humaine. Science et Vie hors-série, 1992.
Kaplan J.-C., Delpech M. : Biologie moléculaire et médecine, Flammarion, 1992.
117
SUGGESTIONS PÉDAGOGIQUES
Kazazian H.H. et al : Comparison of deficiency alleles of the β globin and factor VIII, Cold Spring
Harbor symposium, 1986.
Lesk A.M. (Ed.) : Computational Molecular Biology. Sources and Methods for Sequence Analysis,
Oxford University Press, 1988.
Lesk A.M. : Protein architecture. A practical approach, IRL Press, 1991.
Liehaber S.A. et al. : Cloning and complete nucleotide sequence of human 5' α globin gene, Proc. Nat.
Acad. Sci. USA, vol. 77, 12, 1980, p. 7054-7058.
Lopez de Castro J. : HLA-B27 and HLA-A2 subtypes : structure, evolution and function. Immunology
Today, vol. 10, n° 7, 1989.
Maillet-Baron L., Soussi T. : Séquençage des acides nucléiques, Lavoisier, Tec./Doc, 1992.
Orkin S.H., Kazazian H.H. : The human β globin gene, Ann. Rev. Gen, 18, 1984, p. 131-171.
Rosa J. : Un modèle en recherche clinique : la drépanocytose, Médecine/Sciences, 2, 1986, p. 558-567.
Singer M., Berg P. : Gènes et Génome, Vigot, 1992.
Spritz R. : Molecular genetics of oculocutaneous albinism. Seminars in Dermatology, vol. 12, n° 3,
1993, p. 167-172.
The Huntington's Disease Collaborative Research Group : A novel gene containing a trinucleotide
repeat that is expanded and unstable on Huntington's disease chromosomes. Cell, vol. 72, 1993, p. 971983.
Thomas M.A. : Les thalassémies, Bull. de l'APBG, 4, 1989, p. 793-800.
Vulliamy T., Mason P., Luzzato L. : The molecular basis of glucose-6-phosphate deshydrogenase
deficiency. Trends in Genetics, vol. 8, n°4, 1992.
Watson J. et al. : Biologie moléculaire du gène, Interéditions, 1990.
Yamamoto S. at al. : Molecular genetic basis of the histo-blood group ABO system, Nature, vol. 345, mai
1990, p. 229-233.
Yamamoto S., Hakomori S. : Cloning and characterisation of DNA complementary to human UDPGalNAcTransferase mRNA, Biol. Chem., 265, n° 2, 1990, p. 1146-1151.
Publications disponibles à l'INRP
J.-C. Hervé, N. Salamé, B. Therrié : Analyse de séquences de gènes et de protéines avec le logiciel
SEQAID II. INRP, 1993.
J.-C. Hervé, N. Salamé, B. Therrié : SEQAID II : Thèmes d’étude en génétique humaine. INRP,
1995.
Documents disponibles au CNDP
Cassette vidéo, La drépanocytose, une maladie héréditaire, CNDP, 1992, VHS 27 min. Référence 002
P6254.
Cédérom, Infogène, ressources pour l’étude de l’information génétique, CNDP, 2002. Référence 755
A0300
118
INDEX DE LA BANQUE DE SÉQUENCES
LES CHAÎNES DE L'HÉMOGLOBINE
Alpha
alpha.adn
alphadnc.adn
alphacod.adn
alpha.pro
alphacod.arn
alpharnm.arn
Gène (complet) de la globine alpha humaine (brin non transcrit)
ADNc (correspondant à l'ARNm complet) du gène codant pour la globine alpha
humaine
Partie strictement codante du gène de la globine alpha humaine (brin non transcrit)
Séquence protéique de la globine alpha humaine
ARNm correspondant à la partie strictement codante du gène de la globine alpha
humaine
ARNm complet du gène codant pour la globine alpha humaine
Bêta
Séquences normales
beta.adn
betadnc.adn
betacod.adn
beta.pro
betacod.arn
betarnm.arn
betavar.adn
Gène (complet) de la globine bêta humaine (brin non transcrit)
ADNc (correspondant à l'ARNm complet) du gène codant pour la globine bêta
humaine
Partie strictement codante du gène codant pour la globine bêta humaine
Séquence protéique de la globine bêta humaine
ARNm correspondant à la partie strictement codante du gène codant pour la globine
bêta humaine
ARNm complet du gène codant pour la globine bêta humaine
Variant normal (partie strictement codante) du gène codant pour la globine bêta
humaine
Séquences mutées
Drépanocytose
drepcod.adn
drepcod.arn
drep.pro
Partie codante de l'allèle du gène bêta de la globine humaine responsable de la
drépanocytose
ARNm correspondant à la partie strictement codante de l'allèle du gène qui code pour
la globine bêta humaine responsable de de la drépanocytose
Séquence protéique résultant de l'expression de l'allèle du gène codant pour la globine
bêta humaine responsable de la drépanocytose
Hémoglobinose C
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable de
hemccod.adn
l'hémoglobinose C
ARNm correspondant à la partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour
hemccod.arn
la globine bêta humaine de l'hémoglobinose C
Chaîne protéique résultant de l'expression de l'allèle du gène codant pour la globine
hemc.pro
bêta humaine responsable de l'hémoglobinose C
119
INDEX DE LA BANQUE DE SÉQUENCES
Thalassémies
tha1cod.adn
tha1cod.arn
tha1.pro
tha2cod.adn
tha2cod.arn
tha2.pro
tha3cod.adn
tha3cod.arn
tha3.pro
tha4cod.adn
tha4cod.arn
tha4.pro
tha5cod.adn
tha5cod.arn
tha5.pro
tha6cod.adn
tha6cod.arn
tha6.pro
tha7cod.adn
tha7cod.arn
tha7.pro
tha8cod.adn
tha8cod.arn
tha8.pro
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable
d'une thalassémie grave en Chine
ARNm correspondant à tha1coda.dn
Séquence protéique correspondant à tha1
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable
d'une thalassémie majeure en Sardaigne
ARNm correspondant à tha2cod.adn
Séquence protéique correspondant à tha2
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable
d'une thalassémie majeure en Inde
ARNm correspondant à tha3cod.adn
Séquence protéique correspondant à tha3
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable
d'une thalassémie majeure dans les pays méditerranéens
ARNm correspondant à tha4cod.adn
Séquence protéique correspondant à tha4
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable
d'une thalassémie
ARNm correspondant à tha5cod.adn
Séquence protéique correspondant à tha5
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable
d'une thalassémie majeure en Inde
ARNm correspondant à tha6cod.adn
Séquence protéique correspondant à tha6
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable
d'une thalassémie
ARNm correspondant à tha7cod.adn
Séquence protéique correspondant à tha7
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la globine bêta humaine responsable
d'une thalassémie majeure en Inde
ARNm correspondant à tha8cod.adn
Séquence protéique correspondant à tha8
Gamma
gamma.adn
gammadnc.ad
n
gammacod.adn
gamma.pro
gammacod.arn
gammarnm.ar
n
Gène (complet) de la globine gamma humaine (brin non transcrit)
ADNc (correspondant à l'ARNm complet) du gène codant pour la globine gamma
humaine
Partie codante du gène codant pour la globine gamma humaine
Séquence protéique de la globine gamma humaine
ARNm correspondant à la partie strictement codante du gène codant pour la globine
gamma humaine
ARNm complet du gène codant pour la globine gamma humaine
Delta
delta.adn
deltadnc.adn
Gène (complet) de la globine delta humaine (brin non transcrit)
ADNc (correspondant à l'ARNm complet) du gène codant pour la globine delta
humaine
120
INDEX DE LA BANQUE DE SÉQUENCES
deltacod.adn
delta.pro
deltacod.arn
deltarnm.arm
Partie codante du gène codant pour la globine delta humaine
Séquence protéique de la globine delta humaine
ARNm correspondant à la partie strictement codante du gène codant pour la globine
delta humaine
ARNm complet du gène de la globine delta humaine
LE SYSTÈME ABO DES GROUPES SANGUINS
acod.adn
bcod.adn
ocod.adn
Partie strictement codante de l'allèle A du gène responsable du système ABO des
groupes sanguins
Partie strictement codante de l'allèle B du gène responsable d u système ABO des
groupes sanguins
Partie codante de l'allèle O du gène responsable du système ABO des groupes
sanguins
LA PHÉNYLALANINE HYDROXYLASE (PHÉNYLCÉTONURIE)
phe1.cod
phe2.cod
phe3.cod
phe4.cod
phe5.cod
phe6.cod
phe7.cod
phe8.cod
phe9.cod
phe10.cod
phe11.cod
phe12.cod
phe13.cod
phe14.cod
phe15.cod
phe16.cod
phe17.cod
phenorm.cod
phenorm.pro
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la phényl-alanine hydroxylase
Partie strictement codante d'un allèle normal (de référence) du gène codant pour la
phényl-alanine hydroxylase
Séquence protéique d'un allèle bormal (de référence) du gène codant pour la phénylalanine hydroxylase
L'ALPHA-ANTITRYPSINE
atm'1.cod
atm1.cod
atm2.cod
atm3.cod
Allèle M'1 du gène codant pour l'alpha-antitrypsine (partie strictement codante ; brin
non transcrit)
Allèle M1 du gène codant pour l'alpha-antitrypsine (partie strictement codante ; brin
non transcrit)
Allèle M2 du gène codant pour l'alpha-antitrypsine (partie strictement codante ; brin
non transcrit)
Allèle M3 du gène codant pour l'alpha-antitrypsine (partie strictement codante ; brin
non transcrit)
121
INDEX DE LA BANQUE DE SÉQUENCES
atnull1.cod
atnull2.cod
ats.cod
atz.cod
chat.cod
Allèle null1 du gène codant pour l'alpha-antitrypsine (partie strictement codante ;
brin non transcrit)
Allèle null2 du gène codant pour l'alpha-antitrypsine (partie strictement codante ;
brin non transcrit)
Allèle S du gène codant pour l'alpha-antitrypsine (partie strictement codante ; brin
non transcrit)
Allèle Z du gène codant pour l'alpha-antitrypsine (partie strictement codante ; brin
non transcrit)
Partie strictement codante du gène codant pour l'alpha-antitrypsine chez le
Chimpanzé
LE GÈNE IT15 (CHORÉE DE HUNTINGTON)
c11.adn
c13.adn
c16.adn
c17.adn
c20.adn
c21.adn
c22.adn
c23.adn
c33.adn
c40.adn
c43.adn
c45.adn
c48.adn
c50.adn
c75.adn
it15cod.adn
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Allèle du gène IT15
Région codante complète du gène IT15 (brin non transcrit)
LA GLUCOSE 6 PHOSPHATE DÉSHYDROGÉNASE (G6PD)
g6pda-1.cod
g6pda-2.cod
g6pda-3.cod
g6pda.cod
g6pdb.cod
g6pdm.cod
g6pdseat.cod
Allèle A-1 de la G6PD humaine
Allèle A-2 de la G6PD humaine
Allèle A-3 de la G6PD humaine
Allèle A de la G6PD humaine
Allèle B de la G6PD humaine
Allèle M de la G6PD humaine
Allèle Seattle de la G6PD humaine
LE SYSTÈME HLA
HLA A
hlaa0101.cod
hlaa0201.adn
hlaa0201.dnc
hlaa0201.cod
hlaa0201.pro
hlaa0210.cod
Partie strictement codante de l'allèle HLAA0101
Gène complet de l'allèle HLAA0201 (brin non transcrit)
ADNc de l'allèle HLAA0201
Partie strictement codante de l'allèle HLAA0201
Séquence protéique de HLAA0201
Partie strictement codante de l'allèle HLAA0210
122
INDEX DE LA BANQUE DE SÉQUENCES
hlaa0211.cod
hlaa0212.cod
hlaa1101.cod
hlaa1102.cod
hlaa2401.cod
hlaa2402.cod
hlaa2403.cod
Partie strictement codante de l'allèle HLAA0211
Partie strictement codante de l'allèle HLAA0201
Partie strictement codante de l'allèle HLAA1101
Partie strictement codante de l'allèle HLAA1102
Partie strictement codante de l'allèle HLAA2401
Partie strictement codante de l'allèle HLAA2402
Partie strictement codante de l'allèle HLAA2403
HLA B
hlab2701.cod
hlab2702.cod
hlab2703.cod
hlab2704.cod
hlab2705.adn
hlab2705.dnc
hlab2705.cod
hlab2705.pro
hlab2706.cod
Partie strictement codante de l'allèle HLAB2701
Partie strictement codante de l'allèle HLAB2702
Partie strictement codante de l'allèle HLAB2703
Partie strictement codante de l'allèle HLAB2704
Gène complet de l'allèle HLAB2705
ADNc de l'allèle HLAB2705
Partie strictement codante de l'allèle HLAB2705
Séquence protéique de l'allèle HLAB2705
Partie strictement codante de l'allèle HLAB2706
HLA C
hlacw101.cod
hlacw102.cod
hlacw201.cod
hlacw202.cod
hlacw301.adn
hlacw301.dnc
hlacw301.cod
hlacw301.pro
Partie strictement codante de l'allèle HLACW101
Partie strictement codante de l'allèle HLACW102
Partie strictement codante de l'allèle HLACW201
Partie strictement codante de l'allèle HLACW202
Gène complet de l'allèle HLACW301
ADNc de l'allèle HLACW301
Partie strictement codante de l'allèle HLACW301
Séquence protéique de l'allèle HLACW301
LE CMH DU CHIMPANZÉ
chlaa108.cod
chlaa126.cod
chlab1.cod
chlab2.cod
Allèle du CMH du Chimpanzé
Allèle du CMH du Chimpanzé
Allèle du CMH du Chimpanzé
Allèle du CMH du Chimpanzé
LES HORMONES HYPOPHYSAIRES ET PLACENTAIRES
fsh.pro
fshadnc.adn
fshb.adn
fshcod.adn
gh.adn
gh.pro
ghadnc.adn
ghcod.adn
hcgb.adn
Séquence protéique de la FSH bêta humaine
ADNc du gène codant pour la FSH bêta humaine
Gène (complet) du gène codant pour la FSH bêta humaine (brin non transcrit)
Partie strictement codante du gène codant pour la FSH bêta humaine
Gène (complet) de l'hormone de croissance (Growth Hormone) humaine (brin non
transcrit)
Séquence protéique de l'hormone de croissance humaine
ADNC du gène codant pour l'hormone de croissance humaine
Partie strictement codante du gène codant pour l'hormone de croissance humaine
Gène (complet) de la HCG bêta (Hormone Chorionique Gonadotropique) humaine
(brin non transcrit)
123
INDEX DE LA BANQUE DE SÉQUENCES
hcgb.pro
hcgbadnc.adn
hcgbcod.adn
hlp.adn
hlp.pro
hlpadnc.adn
hlpcod.adn
hprl.adn
hprl.pro
hprladnc.adn
hprlcod.adn
lh.pro
lhb.adn
lhbadnc.adn
lhbcod.adn
tsh.pro
tshb.adn
tshbadnc.adn
tshbcod.adn
Séquence protéique de l'hormone HCG bêta humaine
ADNC du gène codant pour l'hormone HCG bêta humaine
Partie strictement codante du gène codant pour l'hormone HCG bêta humaine
Gène complet de l'hormone HLP (Hormone lactogène placentaire) humaine (brin non
transcrit)
Séquence protéique de HLP
ADNc du gène codant pour HLP
Partie strictement codante du gène codant pour HLP
Gène complet de l'hormone de la prolactine (HPRL) humaine (brin non transcrit)
Séquence protéique de HPRL
ADNc du gène codant pour HPRL
Partie strictement codante du gène codant pour HPRL
Séquence protéique de l'hormone LH
Gène complet de l'hormone LH humaine
ADNc du gène codant pour l'hormone LH
Partie strictement codante du gène codant pour l'hormone LH
Séquence protéique de l'hormone TSH bêta humaine
Gène complet codant pour l'hormone TSH bêta humaine (brin non transcrit)
ADNc du gène codant pour l'hormone TSH bêta humaine
Partie strictement codante du gène codant pour l'hormone TSH bêta humaine
LE GÈNE DE LA TYROSINASE
tyralba1.cod
tyralba2.cod
tyralba3.cod
tyralba4.cod
tyralba5.cod
tyralbb1.cod
tyralbts.cod
tyrcod1.cod
tyrcod2.cod
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase, responsable d'un
albinisme
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase, responsable d'un
albinisme
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase, responsable d'un
albinisme
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase, responsable d'un
albinisme
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase, responsable d'un
albinisme
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase, responsable d'un
albinisme
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase, responsable d'un
albinisme
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase (référence 1)
Partie strictement codante d'un allèle du gène de la tyrosinase (référence 2)
LES GÈNES DES PIGMENTS RÉTINIENS
La rhodopsine
rhonorm.cod
rhoret1.cod
rhoret2.cod
rhoret3.cod
rhoret4.cod
rhoret5.cod
Partie strictement codante d'un allèle normal (de référence) du gène codant pour la
rhodopsine
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
124
INDEX DE LA BANQUE DE SÉQUENCES
rhoret6.cod
rhoret7.cod
rhoret8.cod
rhoret9.cod
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
Partie codante d'un allèle du gène codant pour la rhodopsine
La périphérine
pernorm.cod
perret1.cod
perret2.cod
perret3.cod
perret4.cod
perret5.cod
Partie strictement codante d'un allèle normal (de référence) du gène codant pour la
périphérine (PER)
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PER, responsable de
rétinite
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PER, responsable de
rétinite
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PER, responsable de
rétinite
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PER, responsable de
rétinite
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PER, responsable de
rétinite
La phosphodiestérase
pdenorm.cod
pderet1.cod
pderet2.cod
pderet3.cod
pderet4.cod
Partie strictement codante d'un allèle normal (de référence) du gène codant pour la
phosphodiestérase (PDE)
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PDE, responsable de
rétinite
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PDE, responsable de
rétinite
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PDE, responsable de
rétinite
Partie strictement codante d'un allèle du gène codant pour la PDE, responsable de
rétinite
125
INDEX DES THÈMES D’ÉTUDE
EXPRESSION DE L'INFORMATION GÉNÉTIQUE
Globine alpha
Gène et ARNm codant
Séquence peptidique
ARNm et ADNc
Globine bêta
Gène et ARNm codant
Séquence peptidique
ARNm et ADNc
Globine gamma
Gène et ARNm codant
Séquence peptidique
ARNm et ADNc
Globine delta
Gène et ARNm codant
Séquence peptidique
ARNm et ADNc
RELATIONS GÉNOTYPE-PHÉNOTYPE
Phénotype drépanocytaire
Phénotypes thalassémiques
Séquences nucléiques
Séquences protéiques
Phénotype groupes sanguins ABO
Phénotype phénylcétonurique
POLYMORPHISME DES GÈNES
Polymorphisme de ABO
Polymorphisme de AT
Allèles de AT
Arbre avec sujets ayant un déficit en AT
Polymorphisme de IT15
Allèles du gène IT15
127
INDEX DES THÈMES D'ÉTUDE
Arbre avec sujets atteints de chorée de Huntington
Polymorphisme de HLA
Polymorphisme de HLA A
Polymorphisme de HLA B
Polymorphisme de HLA C
Polymorphisme du CMH du Chimpanzé
FAMILLES MULTIGÉNIQUES
Gènes des globines
Gènes des HLA
Gènes des hormones hypophysaires et placentaires
Gènes des hormones LH, FSH, TSH et HCG
Gènes des hormones GH, HPRL et HLP
GÉNOTYPES ET PRÉVISIONS EN GÉNÉTIQUE HUMAINE
Le déficit en Glucose 6 Phosphate Déshydrogénase [G6PD]
Allèles de G6PD
Arbre généalogique avec sujets ayant un déficit en G6PD
L'albinisme
Allèles du gène de la tyrosinase
Arbres généalogiques avec sujets albinos
Arbre 1 avec sujets atteints d'albinisme
Arbre 2 avec sujets atteints d'albinisme
Arbre 3 avec sujets atteints d'albinisme
Arbre 4 avec sujets atteints d'albinisme
Les rétinites pigmentaires
Les allèles de la rhodopsine
Les allèles de la PDE (Phospho Di Estérase)
Les allèles de la périphérine
128
INDEX DES THÈMES D'ÉTUDE
Arbres généalogiques avec sujets atteints de rétinites
Arbre 1 avec sujets atteints de rétinites
Gène de la PDE
Gène de la rhodopsine
Gène de la périphérine
Arbre 2 avec sujets atteints de rétinites
Gène de la PDE
Gène de la rhodopsine
Gène de la périphérine
Arbre 3 avec sujets atteints de rétinites
Gène de la PDE
Gène de la rhodopsine
Gène de la périphérine
Arbre 4 avec sujets atteints de rétinites
Gène de la PDE
Gène de la rhodopsine
Gène de la périphérine
Famille 5 avec sujets atteints de rétinites
Gène de la PDE
Gène de la rhodopsine
Gène de la périphérine
129
INDEX DES PROGRAMMES ET DOCUMENTS
DOCUMENTS GÉNÉRAUX
Désignation des AA avec une lettre ou trois lettres
tabpro.bmp1
L'HÉMOGLOBINE HUMAINE NORMALE
Tétramère de l'Hb, squelette carboné
hb4chbis.bmp
2
L'HÉMOGLOBINE HUMAINE DRÉPANOCYTAIRE
Carte de répartition de la drépanocytose
Observation microscopique de sang drépanocytaire
Circulation capillaire, sang normal et drépanocytaire
RX de la hanche normale et drépanocytaire
Électrophorèse d'Hb normale et drépanocytaire
Électrophorèse de l'ADN normal et drépanocytaire
Chaîne ß de l'Hb drépanocytaire
Tétramères de l'Hb drépanocytaire
carte.bmp
globules.bmp
normdrep.avi
hanche.bmp
electro.bmp
adn.bmp
hbbetask.bmp
hbbetadr.bmp
POLYMORPHISME DE L'ALPHA-ANTITRYPSINE
Tableau de fréquence des allèles de AT
Arbre avec sujets atteints de déficit en AT
Filiation entre les allèles de l'alpha-antitrypsine
freqat.bmp
arbreat.bmp
filiat.bmp
POLYMORPHISME DU GÈNE IT15
Fréquence de quelques allèles du gène IT15
Fréquence d'allèles non morbides du gène IT15
Fréquence d'allèles morbides du gène IT15
Arbre avec sujets atteints de chorée de Huntington
frq2it15.bmp
freqit15.bmp
morbit15.bmp
arbrit15.bmp
POLYMORPHISME DE HLA
Fréquence de quelques allèles de HLAA
Filiation possible entre des allèles de HLAB
HLAA associé à un peptide de l'hépatite B
HLAA, corbeille
freqhla.bmp
filihla.bmp
hlatotal.bmp
hlacorb1.bmp
1 Les fichiers des images (extension bmp) et la séquence vidéo numérisée (extension avi) sont installés dans un sous-répertoire d’Anagène
dénommé BANQUE.
2 Les images et la séquence vidéo numérisée sont extraites de la vidéo-cassette La drépanocytose éditée par le CNDP.
131
INDEX DES THÈMES D'ÉTUDE
HLAA de même spécificité sérologique. AA modifiés
HLAA de spécificité sérologique différente. AA modifiés
hlacorb2.bmp
hlacorb4.bmp
HÉRÉDITÉ DU DÉFICIT EN G6PD
Fréquence de quelques allèles du gène de la G6PD
Filiation possible entre allèles de la G6PD
Enzymes pour les allèles du gène de la G6PD
Arbre avec sujets ayant un déficit en G6PD
frqg6pd.bmp
filig6pd.bmp
enzg6pd.bmp
f1g6pd.bmp
HÉRÉDITÉ DE L'ALBINISME
Nombre de sites reconnus par les enzymes
Arbre 1 avec sujets atteints d'albinisme
Arbre 2 avec sujets atteints d'albinisme
Arbre 3 avec sujets atteints d'albinisme
Arbre 4 avec sujets atteints d'albinisme
tabtyros.bmp
f1albino.bmp
f2albino.bmp
f3albino.bmp
f4albino.bmp
HÉRÉDITÉ DES RÉTINITES PIGMENTAIRES
Enzymes pour les allèles du gène de la rhodopsine
Arbre 1 avec sujets atteints de rétinites
Arbre 2 avec sujets atteints de rétinites
Arbre 3 avec sujets atteints de rétinites
Arbre 4 avec sujets atteints de rétinites
Arbre 5 avec sujets atteints de rétinites
enzrho.bmp
f1retini.bmp
f2retini.bmp
f3retini.bmp
f4retini.bmp
f5retini.bmp
132
‫مع الباكالوريا‬
‫تم نشر هذا الملف بواسطة قرص تجربتي‬
[email protected]
facebook.com/tajribaty
jijel.tk/bac
‫مع الباكالوريا‬
‫تم نشر هذا الملف بواسطة قرص تجربتي‬
[email protected]
facebook.com/tajribaty
jijel.tk/bac
">