QU'EST-CE QUE LA THÉRAPIE GÉNIQUE ?

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     L'ADN est une macromolécule essentielle du vivant présente dans toutes les cellules et dans certains virus. L'ADN est porteur de l'information génétique qu'il code sous une succession de base azotées : Adénine, Thymine, Guanine, Cytosine. On peut fragmenter l'ADN en différents gènes qui déterminent le génome. Celui-ci correspond à l'ensemble du matériel génétique de l'individu, situé sur un ou plusieurs chromosome, lui-même étant à l'origine du génotype c'est-à-dire du patrimoine génétique de la personne.

Il faut ensuite savoir qu'il y a des gènes qui codent pour des protéines et d'autres qui codent pour des ARN (ARNt, ARNr, ARNsi). On peut alors classer les ARN non codants de cette manière : ceux qui sont importants pour la synthèse de protéines (ribosomaux et de transfert) et ceux dont on ignore encore les fonctions. Même si on a longtemps mis de côté les ARN non codant on sait qu'une grande partie du génome transcrit de l'ARN alors que seulement 1,2% de celui-ci est transcrit en protéine.

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On en vient alors au dogme de la biologie moléculaire qui peut être schématisé ainsi :

 

 

 

 

 

 

C'est sur cette importante théorie que nous allons nous baser. Cependant, ces hypothèses ne sont pas totalement vraies. En effet, cette théorie n'envisage pas généralement un retour à une forme ADN depuis une forme ARN. Or il existe une enzyme appelée la transcriptase inverse, présente chez les rétrovirus, qui peut rétro-transcrire l'ADN viral en ADN. On peut donc apporter une nuance à cette théorie en mettant en avant les liens entres tous les supports moléculaires qui interviennent dans l'expression de l'information génétique.
 

Puisque le phénotype correspond à l'ensemble des caractéristiques observables d'un être vivant (cellule ou organisme). Elles résultent de l'interaction du génotype de l'individu avec l'environnement. Le phénotype est largement déterminé par l'expression des protéines et donc par le protéome ! Les erreurs dans le génome, présentent dans un ou plusieurs gènes, peuvent se manifester par un changement de phénotype. Quand il s'agit d'un dysfonctionnement sévère avec un changement de phénotype important de cellules, cela a des répercussions pour l'organisme, on parle alors de pathologie et la personne qui en est atteinte est "malade".

La thérapie génique vise donc à introduire une variante saine du gène muté en question. Ce variant sain peut remplacer le gène muté ou bien, de par la protéine qu'il produit, compenser le dysfonctionnement causé par le gène muté.

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Maintenant, expliquons en détails les différentes étapes de la synthèse d'une protéines, puisque ce sont souvent ces molécules qui défectueuses qui entraînent une pathologie.

 

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L'expression génétique :

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L'expression génétique est un mécanisme essentiel dans le bon fonctionnement de notre corps puisqu'il permet la synthèse des protéines à partir des gènes. Et puisque les protéines représentent environ 50% du poids sec des organismes, on comprend vite l'importance du procédé. D'autant plus que leurs rôles sont multiples : réparation, communication, catalysation enzymatique, contraction musculaire…

L'expression génétique est composée de deux phases : la transcription et la traduction.

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La transcription :

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La transcription permet le développement d'un transcriptome. En effet la transcription est un mécanisme qui permet la synthèse d'une nouvelle molécule : l'Acide Ribonucléique (ARN), et le transcriptome regroupe tous les ARN transcrits à partir du génome. Cette étape se déroule dans le noyau des cellules eucaryotes et est catalysée par l'enzyme ARN polymérase. Le rôle de l'enzyme est de séparer les deux brins de l'ADN en rompant les liaisons hydrogènes. L'ARN polymérase est également capable de repérer le site initiateur du gène qui va initier la transcription. Une  fois l'ADN séparé, l'enzyme va lire l'enchaînement des nucléotides de l'un des brins, et va former le brin complémentaire de celui-ci. A l'exception près de la base azotée Thymine de l'ADN qui est remplacée par de l'Uracile dans l'ARN. Le long de la double hélice, l'ARN polymérase continue son mouvement dans le sens de la transcription en séparant d'abord les deux brins puis en les assemblant de nouveau pendant que le brin d'ARN se forme au fur et à mesure. Lorsque l'enzyme arrive au niveau du site de terminaison, elle se détache de l'ADN. La transcription de l'ADN en ARN prémessager est terminée.

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La maturation de l'ARN prémessager, ou épissage :

 

L'épissage, ou maturation de l'ARN est un mécanisme qui permet à un ARN pré-messager, de se débarrasser de ses séquences non-codantes appelées introns, pour ne garder que les codantes appelées exons. L'ARN pré-messager devient alors un ARN messager (ARNm), c'est seulement cet ARNm qui sera traduit, dans le cytoplasme de la cellule, en protéine.

Effectivement,  on compte chez l'Homo sapiens environ 3,3 x10^9 paires de bases d'ADN réparties sur 23 chromosomes. Mais seulement 1,50% du génome, soit 0.30 x10^9 paires de bases, comporte les 20 313 gènes codants plus de 200 000 protéines différentes. Le reste de l'ADN sert en grande partie à la régulation du niveau d'expression des protéines.

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Le nombre élevé de protéines produites par rapport aux nombres de gènes impliqués est dû au processus d'épissage alternatif. En effet, à partir d'un même ARN pré-messager, plusieurs ARNm peuvent être obtenus en fonction des séquences conservées ou non, car tous les exons ne sont pas forcément conservés.

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Suite à cet épissage, une molécule 7-méthyl-guanosine, ainsi qu'une séquence poly-A sont ajoutées à l'ARNm. Elles permettent à des protéines de se fixer à l'ARNm et de le transporter dans le cytoplasme. L'ajout du 7-méthyl-guanosine va permettre une liaison avec les protéines de transport efficaces, ce qui empêche l'action des enzymes dégradant l'ARN.

 

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L'épissage génétique est beaucoup plus long que la transcription, il dure environ une heure et demie contre quelques minutes pour la transcription.

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Traduction :

 

La traduction permet de développement d'un protéome. En effet la traduction est le processus de lecture de l'ARNm par le ribosome et de formation des chaînes protéiques et le protéome est l'ensemble complet des protéines produites par le génome à un moment donné, soit environ 1000000. Celui-ci détermine le phénotype d'une cellule, et celui de l'organisme qui les porte. Cette étape a lieu dans le cytoplasme des cellules eucaryotes. La lecture se fait trois nucléotides par trois nucléotides. En effet, trois nucléotides correspondent à un codon, un codon correspondant à un acide aminé, et un assemblage d'acide aminé formant une protéine.

La traduction est initiée par un codon initiateur AUG, et se termine par la lecture d'un codon stop (UAA, UAG ou UGA). Lorsque le ribosome lit un codon, il ajoute un ARN de transfert (ARNt) qui porte un acide aminé. L'intérêt de cet ARNt est qu'il possède la séquence complémentaire du codon lu (appelé anticodon). S'il s'agit du bon ARNt, la chaîne protéique qui est en train de se former est alors transférée sur le nouvel acide aminé. Ce transfert est permis grâce au peptidyl-transferase présent dans le ribosome. Après le transfert, le ribosome continue son cycle et se déplace alors vers un nouveau codon. La traduction s'arrête lorsque le ribosome lit un codon-stop. En effet, cette lecture va entraîner l'arrêt de la synthèse, la libération de la protéine dans le cytoplasme, et la dissociation des deux sous unités formant le ribosome.

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Lien avec les maladies génétiques :

 

Le modèle que nous avons montré du gène à la protéine est essentiel au bon fonctionnement des cellules et donc de l'organisme. Des erreurs dans les gènes entraîneront des erreurs dans les protéines, ce qui pourrait avoir des répercussions sur le fonctionnement des cellules. Lorsque les erreurs dans le composition d'un gène mènent à une maladie, nous les nommons des "mutations". Il existe plusieurs types de mutations : celles dites "larges" qui touchent une grande partie du chromosome, ou celles dites "ponctuelles" qui touchent un ou plusieurs nucléotides. Il en existe trois types : délétion, addition ou substitution, qui comme leur nom l'indique, entraînent la perte, l'ajout ou le remplacement d'un ou de plusieurs nucléotides. Ces mutations peuvent entraîner la modification de la composition en acides aminés d'une protéine : on appelle cela une mutation faux-sens. Elles peuvent également entraîner l'apparition d'un codon stop au milieu du gène : appelée mutation non-sens, celle-ci met souvent a mal la vie de la cellule. 

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A titre d'exemple, on considère qu'environ 200 maladies génétiques sont dues à des mutations non-sens. De plus, beaucoup de cancers sont également provoqués par l'apparition d'un codon stop au milieu du gène. Ainsi, 10% des mutations sur le gène P53 - qui est un gène suppresseur de tumeur - sont des mutations non-sens, ce gène étant muté dans 50% des cancers chez l'homme (nous en parlerons dans la partie "Application humaine"). 

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