Génomes
T.A. Brown
Médecine-Sciences Flammarion
Abréviations
xvii
Préface à la seconde édition
xxi
Préface à la première édition
xxiii
Introduction à Génomes
xxv
Partie 1 Génomes, transcriptomes et protéomes
1
Chapitre 1 Le génome humain
3
1.1 ADN
5
1.1.1 Les gènes sont faits d'ADN
6
Les gènes bactériens sont faits d'ADN6
Les gènes viraux sont faits d'ADN8
1.1.2 Structure de l'ADN
8
Nucléotides et polynucléotides9
ARN10
1.1.3 La double hélice
11
Arguments qui ont conduit à la double hélice13
Principales caractéristiques de la double hélice14
Encadré 1.1 : Appariement des bases dans l'ARN
14
La structure de la double hélice est flexible14
Encadré 1.2 : Unités de longueur des molécules d'ADN
16
1.2 Le génome humain
16
1.2.1 Contenu en gènes du génome nucléaire humain
18
Gènes et séquences qui s'y rapportent19
Fonction des gènes humains21
Encadré 1.3 : Combien y a-t-il de gènes dans le génome humain ?
22
Pseudogènes et autres reliquats de l'évolution22
Séquences répétées à travers le génome et microsatellites22
Encadré 1.4 : Organisation du génome humain
23
1.2.2 Le génome mitochondrial humain
24
1.3 Pourquoi le projet Génome humain est-il important ?
24
Exercices
26
Chapitre 2 Anatomie des génomes
29
2.1 Vue générale sur l'anatomie des génomes
30
2.1.1 Génomes des eucaryotes
31
2.1.2 Génomes des procaryotes
33
2.2 Anatomie du génome eucaryote
35
2.2.1 Génome eucaryote nucléaire
35
Empaquetage de l'ADN dans les chromosomes35
Note technique 2.1 : Électrophorèse sur gel d'agarose
37
Aspects particuliers des chromosomes en métaphase37
Encadré 2.1 : Types inhabituels de chromosomes
39
Quels sont les gènes présents dans le génome eucaryote ?41
Note technique 2.2 : Techniques d'ultracentrifugation
42
Familles de gènes43
Encadré 2.2 : Deux exemples d'organisation inhabituelle de gènes
44
2.2.2 Génome eucaryote des organelles
46
Caractéristiques physiques du génome des organelles46
Contenu génétique du génome des organelles46
Origine du génome des organelles46
2.3 Anatomie du génome procaryote
49
2.3.1 Structure physique du génome procaryote
50
Vue traditionnelle du «chromosome» bactérien50
Variations sur le thème de E. coli50
Note de recherche 2.1 : Domaines superenroulés dans le nucléoïde de Escherichia coli
52
2.3.2 Organisation génétique du génome procaryote
54
Les opérons : traits caractéristiques du génome procaryote55
Génome procaryote et concept d'espèces56
Encadré 2.3 : Mécanismes possibles pour le transfert de gènes entre les procaryotes
57
Spéculations sur le contenu minimal du génome et la réalité des distinctions entre gènes58
2.4 L'ADN répété des génomes
59
2.4.1 Répétitions en tandem d'ADN
59
L'ADN satellite est trouvé au niveau des centromères et aussi ailleurs
dans les chromosomes eucaryotes59
Minisatellites et microsatellites60
2.4.2 Répétitions dispersées dans le génome
60
Transposition par un intermédiaire ARN61
Transposons d'ADN63
Exercices
66
Chapitre 3 Transcriptomes et protéomes
69
3.1 Généralités sur l'expression du génome
70
Encadré 3.1 : Éléments du Chapitre 3 détaillés dans la 3e Partie de Génomes
71
3.2 Contenu en ARN de la cellule
72
3.2.1 ARN codant et non codant
72
Encadré 3.2 : ARN non codants codés par le génome humain
74
3.2.2 Synthèse des ARN
74
Maturation des transcrits primaires d'ARN74
3.2.3 Le transcriptome
78
Transcriptome de la levure78
3.3 Contenu en protéines de la cellule
80
3.3.1 Structure des protéines
80
Les quatre niveaux de la structure protéique80
Encadré 3.3 : Liaisons non covalentes dans les protéines
82
3.3.2 Relation entre le transcriptome et le protéome
83
Le code génétique détermine la traduction de la séquence nucléotidique de l'ARNm
en séquence d'acides aminés de la protéine84
Note de recherche 3.1 : Élucidation du code génétique
85
Le code génétique n'est pas universel86
Encadré 3.4 : Origine et évolution du code génétique
87
3.3.3 Relation entre le protéome et la biochimie de la cellule
88
La séquence en acides aminés d'une protéine détermine sa fonction88
Multiplicité de fonctions des protéines89
Exercices
90
Partie 2 Méthodes d'étude des génomes
93
Chapitre 4 Étude de l'ADN
95
4.1 Enzymes utilisées dans l'étude de l'ADN
97
Note technique 4.1 : Marquage de l'ADN
98
4.1.1 ADN polymérases
98
Mode d'action d'une ADN polymérase dépendante de l'ADN98
Les différentes ADN polymérases utilisées en recherche100
4.1.2 Nucléases
102
Les endonucléases de restriction permettent de scinder l'ADN en des points bien définis102
Examen des produits de digestion des enzymes de restriction103
4.1.3 Ligases
105
4.1.4 Enzymes de modification terminale
107
4.2 Clonage de l'ADN
108
4.2.1 Les vecteurs et leur utilisation
109
Les plasmides de E. coli en tant que vecteurs de clonage109
Note technique 4.2 : Purification de l'ADN
110
Les vecteurs de clonage obtenus à partir du génome des bactériophages de E. coli112
Vecteurs utilisés pour cloner de longs fragments d'ADN113
Note technique 4.3 : Utilisation d'une banque génomique
117
Le clonage dans des organismes autres que E. coli117
4.3 Amplification sélective d'un fragment d'ADN
119
Note technique 4.4 : Techniques d'étude des ARN
120
4.3.1 Modalités pratiques de la PCR
120
4.3.2 Applications de la PCR
121
Exercices
123
Chapitre 5 Cartographie des génomes
125
5.1 Cartographie génétique et cartographie physique
128
5.2 Cartographie génétique
128
5.2.1 Les gènes ont été les premiers marqueurs utilisés
129
5.2.2 Marqueurs sur l'ADN et cartographie génétique
129
Polymorphismes de restriction de l'ADN (RFLP)130
Polymorphismes de restriction à séquences simples (SSLP)130
Polymorphismes nucléotidiques (SNP)130
Encadré 5.1 : Pourquoi les sites polymorphes ponctuels ou sites SNP
ne présentent-ils que deux allèles ?
131
Note technique 5.1 : Microarrays et puces à ADN ou biopuces
133
5.2.3 L'analyse de liaison : base de la cartographie génétique
134
Patrimoine héréditaire et découverte des liaisons génétiques134
La liaison partielle est due au comportement des chromosomes lors de la méiose137
De la liaison partielle à la cartographie génétique139
5.2.4 Analyse de liaison dans différents types d'organismes
140
Analyse de liaison avec expériences de croisements planifiées140
Encadré 5.2 : Échanges de matériel génétique en plusieurs points
141
Cartographie des gènes et analyse de l'arbre généalogique chez l'homme142
Cartographie génétique chez les bactéries144
5.3 Cartographie physique
145
5.3.1 Cartes de restriction
145
Méthodologie de base des cartes de restriction147
L'échelle des cartes de restriction est limitée par la taille des fragments de restriction147
Examen direct des sites de restriction des molécules d'ADN150
5.3.2 Hybridation in situ avec sonde fluorescente (FISH)
152
Hybridation in situ au moyen d'une sonde radioactive ou fluorescente152
Utilisation pratique de la technique du FISH153
5.3.3 Cartographie au moyen des sites à séquences marquées ou sites STS
153
Peut-on utiliser n'importe quelle séquence ADN en tant que site STS ?154
Fragments d'ADN pouvant servir à la cartographie STS du génome155
Note de recherche 5.1 : Cartographie du génome de la souris au moyen des
hybrides d'irradiation
156
Une banque de clones peut être utilisée en tant que réactif de cartographie pour
analyse de sites STS159
Exercices
161
Chapitre 6 Séquençage des génomes
125
6.1 Séquençage de l'ADN : méthodologie
164
6.1.1 La méthode enzymatique de Sanger
165
Principes de la méthode enzymatique de Sanger165
Note technique 6.1 : Électrophorèse sur gel de polyacrylamide
165
Encadré 6.1 : ADN polymérases et séquençage du génome par la méthode enzymatique de Sanger
166
La méthode de séquençage enzymatique de Sanger nécessite une matrice ADN monocaténaire168
L'amorce permet de déterminer la région de l'ADN matrice qui sera ensuite séquencée169
Le séquençage par PCR est une alternative au séquençage de l'ADN par les techniques classiques170
L'utilisation d'amorces fluorescentes permet l'automatisation du séquençage170
Encadré 6.2 : Séquençage du génome par la méthode de dégradation chimique de Maxam et Gilbert
170
6.1.2 Innovations à partir des techniques conventionnelles de séquençage
171
6.2 Assemblage de séquences ADN adjacentes
172
6.2.1 Assemblage de séquences par la technique du coup de fusil
173
La technique du coup de fusil a été utilisée avec succès pour le séquençage du génome de
Haemophilus influenzae173
6.2.2 Assemblage de séquences par la technique des clones adjacents
176
Des clones adjacents peuvent être construits pas à pas le long du chromosome, mais la méthode
est laborieuse173
Nouvelles méthodes plus rapides pour l'assemblage des clones adjacents178
6.2.3 Séquençage par la technique du coup de fusil sur génome entier
179
Caractéristiques clés de la méthode de séquençage par la technique du coup de fusil sur génome entier180
6.3 Projets de séquençage du génome humain
181
6.3.1 La cartographie génomique dans le projet Génome humain
181
6.3.2 Séquençage du génome humain
182
6.3.3 Projets Génome humain : l'avenir
182
Exercices
184
Chapitre 7 Analyse d'une séquence génomique
187
7.1 Localisation des gènes dans une séquence de génome
188
7.1.1 Localisation des gènes par inspection de la séquence
188
Les régions codantes des gènes sont des cadres ouverts de lecture189
La simple inspection d'ORF est moins efficace dans l'analyse de l'ADN des eucaryotes supérieurs189
Les recherches d'homologies donnent une dimension supplémentaire à l'inspection de séquence191
7.1.2 Techniques expérimentales de localisation de gènes
191
Les analyses par hybridation permettent la mise en évidence d'une séquence transcrite192
Le séquençage d'ADNc permet de cartographier des gènes dans un fragment d'ADN192
Il existe des méthodes permettant la cartographie précise des extrémités des transcrits193
Les frontières exon-intron peuvent également être déterminées avec précision194
7.2 Comment déterminer les fonctions des gènes
196
7.2.1 Analyse par ordinateur
196
L'homologie est un reflet de l'évolution196
L'analyse d'homologies peut fournir des informations sur la fonction d'un gène entier
ou seulement sur un segment de ce gène196
Recherche d'homologies dans le projet «génome» de la levure197
7.2.2 Attribution d'une fonction à un gène par analyse expérimentale
198
Analyse fonctionnelle par inactivation d'un gène198
Les gènes peuvent être inactivés individuellement par recombinaison homologue198
Inactivation d'un gène sans recombinaison homologue199
Encadré 7.1 : L'effet de l'inactivation d'un gène sur le phénotype est parfois difficile à discerner
200
La surexpression d'un gène peut aussi permettre d'apprécier sa fonction200
Note de recherche 7.1 : Analyse du chromosome I de Caenorhabditis elegans
par interférence d'ARN
202
7.2.3 Étude détaillée de l'activité d'une protéine codée par un gène inconnu
204
La mutagenèse dirigée peut être utilisée pour tester la fonction d'un gène204
Note technique 7.1 : Mutagenèse dirigée
205
Les gènes reporters et l'immunocytochimie permettent de définir le lieu et le temps
de l'expression d'un gène206
7.3 Études de l'activité globale du génome
207
7.3.1 Étude du transcriptome
207
Analyse de la composition d'un transcriptome par SAGE207
Utilisation de la technologie des puces d'ADN et des microarrays dans l'étude du transcriptome207
7.3.2 Étude du protéome
208
La protéomique est la méthodologie qui permet de caractériser le contenu en protéine d'une cellule208
Identification des protéines qui interagissent entre elles211
Cartes d'interactions protéiques211
7.4 Génomique comparée
213
7.4.1 Génomique comparée comme aide à la cartographie des gènes
214
7.4.2 Génomique comparée et études des maladies humaines
215
Exercices
217
Partie 3 Fonctionnement des génomes
219
Chapitre 8 Accès au génome
221
8.1 À l'intérieur du noyau
222
8.1.1 Architecture interne du noyau eucaryote
222
Encadré 8.1 : Accessibilité du génome procaryote
223
Note technique 8.1 : Retour de fluorescence après décoloration à la lumière (FRAP)
224
8.1.2 Domaines de la chromatine
224
Les domaines fonctionnels sont limités par des séquences isolatrices226
Certains domaines fonctionnels contiennent des régions de contrôle227
8.2 Modifications de la chromatine et expression du génome
228
8.2.1 Activation du génome
228
Les modifications des histones déterminent la structure de la chromatine228
Influence du remodelage des nucléosomes sur l'expression individuelle des gènes229
8.2.2 Inhibition du génome
231
La désacétylation des histones est l'un des mécanismes d'inhibition de l'expression du génome231
Encadré 8.2 : Modification de la chromatine par les protéines HMGN
231
Note de recherche 8.1 : Découvertes des méthyltransférases des mammifères
232
Inhibition du génome par méthylation de l'ADN234
Rôle de la méthylation dans l'empreinte génomique et l'inactivation du chromosome X235
Exercices
237
Chapitre 9 Assemblage du complexe d'initiation de la transcription
239
9.1 Importance des protéines de liaison à l'ADN
241
9.1.1 Localisation des sites de liaison à l'ADN sur un génome
242
Le retard à la migration sur gel permet d'identifier les fragments d'ADN qui lient des protéines242
Les analyses de protection définissent le site de liaison avec une plus grande précision242
La modification par interférence permet d'identifier les nucléotides les plus importants pour la
liaison des protéines244
9.1.2 Purification d'une protéine de liaison à l'ADN
245
9.1.3 Étude de la structure des protéines et des complexes ADN-protéines
246
La cristallographie aux rayons X a de nombreuses applications pour l'analyse structurale246
La résonance magnétique nucléaire (IRM) fournit une information détaillée sur la structure des
petites protéines248
9.1.4 Caractéristiques particulières des protéines de liaison à l'ADN
248
Le motif hélice-tour-hélice (HTH) est présent dans les protéines procaryotes et eucaryotes249
Les doigts à zinc sont fréquents dans les protéines eucaryotes250
Encadré 9.1 : Motifs de liaison à l'ARN
250
Autres motifs de liaison à l'ADN251
Encadré 9.2 : La structure de l'hélice de reconnaissance d'une protéine permet-elle de prédire la
spécificité de liaison à l'ADN ?
252
9.1.5 Interaction entre l'ADN et ses protéines de liaison
252
Lecture directe de la séquence nucléotidique252
La séquence nucléotidique a des effets indirects sur la structure de l'hélice253
Contacts entre ADN et protéines253
9.2 Interaction ADN-protéine pendant l'initiation de la transcription
254
9.2.1 ARN polymérases
254
Encadré 9.3 : ARN polymérases des mitochondries et des chloroplastes
255
9.2.2 Séquences de reconnaissance pour l'initiation de la transcription
255
Les ARN polymérases des bactéries se lient à des séquences promotrices255
Les promoteurs des eucaryotes sont plus complexes256
9.2.3 Assemblage du complexe d'initiation de la transcription
257
Initiation de la transcription chez E. coli257
Initiation de la transcription par l'ARN polymérase II258
Encadré 9.4 : Initiation de la transcription chez les archéobactéries
258
Initiation de la transcription par les ARN polymérases I et III259
Note de recherche 9.1 : Ressemblance entre TFIID et l'octamère central des histones
260
9.3 Régulation de l'initiation de la transcription
261
9.3.1 Stratégie de contrôle de l'initiation de la transcription chez les bactéries
261
La structure du promoteur détermine le niveau de base de l'initiation de la transcription261
Régulation de l'initiation de la transcription chez les bactéries262
Encadré 9.5 : Cis et trans
263
9.3.2 Contrôle de l'initiation de la transcription chez les eucaryotes
265
Activateur de l'initiation de la transcription chez les eucaryotes265
Contacts entre les activateurs et le complexe de pré-initiation266
Répresseurs de l'initiation de la transcription chez les eucaryotes266
Encadré 9.6 : Structure modulaire des promoteurs de l'ARN polymérase II
267
Contrôle de l'activité des activateurs et des répresseurs268
Exercices
271
Chapitre 10 Synthèse et maturation de l'ARN
273
10.1 Synthèse et maturation de l'ARNm
274
10.1.1 Synthèse de l'ARNm chez les bactéries
274
Phase d'élongation de la transcription bactérienne274
Terminaison de la transcription chez les bactéries275
Contrôle du choix entre élongation et transcription277
Note de recherche 10.1 : Structure de l'ARN polymérase bactérienne
278
Encadré 10.1 : Anti-terminaison au cours du cycle infectieux du bactériophage Lambda
280
10.1.2 Synthèse de l'ARNm chez les eucaryotes par l'ARN polymérase II
283
La mise en place de la coiffe des transcrits de l'ARN polymérase II s'effectue immédiatement après
l'initiation de la transcription283
Élongation des ARNm eucaryotes284
Terminaison de la synthèse d'ARNm et polyadénylation sont simultanées286
10.1.3 Épissage des introns
287
Des séquences conservées indiquent les sites d'épissage des introns GU-AG288
Description de la voie d'épissage des introns GU-AG288
Les ARNsn et les protéines qui leur sont associées sont les principaux composants du système d'épissage289
L'épissage alternatif est fréquent chez les eucaryotes291
Les introns AU-AC ressemblent aux introns GU-AG mais ont besoin d'un système d'épissage différent294
10.2 Synthèse et maturation des ARN non codants
295
10.2.1 Élongation et terminaison des transcrits par les ARN polymérases I et III
295
10.2.2 Réactions de coupure au cours de la maturation des ARNr et ARNt bactériens et eucaryotes
295
10.2.3 Introns dans les trancrits primaires d'ARNr et d'ARNt eucaryotes
296
Les introns des transcrits primaires d'ARNr eucaryotes subissent un autoépissage296
Les introns des ARNt eucaryotes sont variables, mais sont tous épissés selon le même mécanisme298
10.3 Maturation des transcrits primaires ARN par modifications chimiques
298
10.3.1 Modifications chimiques des transcrits primaires d'ARNr
299
Encadré 10.2 : Autres types d'introns
302
10.3.2 Édition de l'ARN
303
10.4 Dégradation des ARNm
304
Encadré 10.3 : Formes complexes d'édition de l'ARN
305
10.4.1 Les ARNm bactériens sont dégradés dans le sens 3'Vecteur5'
305
10.4.2 Les mécanismes de dégradation des ARN sont plus diversifiés chez les eucaryotes
306
10.5 Transport des ARN dans la cellule eucaryote
308
Exercices
310
Chapitre 11 Synthèse et maturation du protéome
313
11.1 Rôle des ARNt dans la synthèse protéique
314
11.1.1 Acylation des acides aminés : liaison des acides aminés aux ARNt
315
Tous les ARNt ont la même structure315
Les aminoacyl-ARNt synthétases fixent les acides aminés sur les ARNt316
11.1.2 Interactions codon-anticodon : liaison des ARNt à l'ARNm
317
11.2 Rôle du ribosome dans la synthèse protéique
319
11.2.1 Structure du ribosome
321
Les techniques d'ultracentrifugation ont permis de mesurer la taille des ribosomes et de leurs composants321
Mise en évidence de la structure fine des ribosomes322
11.2.2 Initiation de la traduction
323
L'initiation chez les bactéries se fait sur un site de liaison interne au ribosome324
Chez les eucaryotes, la coiffe et la queue poly(A) de l'ARNm sont les intermédiaires de l'initiation325
Initiation de la traduction chez les eucaryotes sans recherche du codon d'initiation328
Régulation de l'initiation de la traduction328
11.2.3 Élongation de la traduction
328
Élongation chez les bactéries et les eucaryotes328
Décalage de cadre et autres événements inhabituels au cours de l'élongation330
Note de recherche 11.1 : La peptidyl transférase est une ribozyme
332
11.2.4 Terminaison de la traduction
333
Encadré 11.1 : Traduction chez les archéobactéries
334
11.3 Maturation post-traductionnelle des protéines
335
11.3.1 Repliement des protéines
335
Toutes les protéines ne se replient pas spontanément dans un tube à essai335
Dans les cellules, des molécules chaperonnes facilitent le repliement337
11.3.2 Maturation par coupure protéolytique
339
Coupure des extrémités des polypeptides339
Maturation protéolytique des polyprotéines339
11.3.3 Maturation par modifications chimiques
340
11.3.4 Intéines
342
11.4 Dégradation des protéines
343
Exercices
346
Chapitre 12 Régulation de l'activité du génome
347
12.1 Changements transitoires de l'activité du génome
350
12.1.1 Transmission du signal par importation d'un composé extracellulaire
351
La lactoferrine est une protéine extracellulaire qui agit comme activateur de la transcription352
Certaines des molécules-signal importées dans la cellule modifient directement l'activité de facteurs
protéiques préexistants352
Certaines molécules-signal modifient l'activité du génome indirectement354
12.1.2 Transmission du signal par les récepteurs de la surface cellulaire
354
Transduction du signal ne comportant qu'une étape entre le récepteur et le génome356
Transduction du signal comportant plusieurs étapes entre le récepteur et le génome358
Transduction du signal par l'intermédiaire de deuxièmes messagers359
12.2 Changements permanents ou semi-permanents de l'activité du génome
360
12.2.1 Réarrangements du génome
360
Les types d'appariement des levures sont déterminés par conversion génique360
Les réarrangements du génome sont responsables de la diversité des immunoglobulines et des
récepteurs des cellules T361
12.2.2 Changements de structure de la chromatine
362
12.2.3 Régulation du génome par boucles de rétrocontrôle
363
Note de recherche 12.1 : Comment démêler une voie de transduction du signal
364
12.3 Régulation de l'activité du génome pendant le développement
365
12.3.1 Sporulation chez Bacillus
366
La sporulation implique la coordination des activités de deux types cellulaires distincts366
Des sous-unités Sigma particulières contrôlent l'activité du génome pendant la sporulation366
12.3.2 Développement de la vulve chez Caenorhabditis elegans
369
C. elegans est un modèle de développement d'eucaryote multicellulaire369
Comment se détermine le destin d'une cellule au cours du développement de la vulve de C. elegans369
Note de recherche 12.2 : Lien entre réplication du génome et sporulation chez Bacillus
370
12.3.3 Développement de Drosophila melanogaster
372
Les gènes à effet maternel établissent un gradient protéique dans l'embryon de la drosophile372
Une cascade d'expression de gènes convertit l'information positionnelle en un profil de segmentation374
L'identité des segments est définie par les gènes homéotiques375
Encadré 12.1 : Bases génétiques du développement des fleurs
375
Les gènes homéotiques sont une caractéristique universelle du développement des eucaryotes supérieurs376
Exercices
378
Partie 4 Réplication et évolution des génomes
381
Chapitre 13 Réplication du génome
383
13.1 Problème topologique
384
13.1.1 Preuve expérimentale du schéma de Watson-Crick de réplication de l'ADN
385
Expérience de Meselson-Stahl386
13.1.2 Les ADN topoisomérases fournissent la solution du problème topologique
388
13.1.3 Variations sur le thème semi-conservatif
389
13.2 Mécanismes de la réplication
391
13.2.1 Initiation de la réplication du génome
391
Initiation à l'origine de réplication de E. coli391
Les origines de réplication ont été clairement définies chez la levure392
Les origines de réplication sont plus difficiles à identifier chez les eucaryotes supérieurs393
13.2.2 Phase d'élongation de la réplication
393
ADN polymérases des bactéries et des eucaryotes395
Synthèse du brin retardé (appelé aussi discontinu) et problème de l'amorçage396
Que se passe-t-il sur la fourche de réplication des bactéries ?397
Fourche de réplication chez les eucaryotes : variations sur le thème bactérien400
13.2.3 Terminaison de la réplication
401
La réplication du génome de E. coli se termine dans une région définie402
La terminaison de la réplication chez les eucaryotes est mal connue403
Encadré 13.1 : Réplication du génome chez les archéobactéries
403
13.2.4 Maintenance des extrémités de la molécule d'ADN linéaire
404
L'ADN télomérique est synthétisé par la télomérase405
La longueur des télomères est impliquée dans les mécanismes de sénescence et de cancer405
Encadré 13.2 : Télomères de Drosophila
408
13.3 Régulation de la réplication du génome eucaryote
409
13.3.1 Coordination entre réplication du génome et division cellulaire
409
La formation du complexe de pré-réplication permet à la réplication du génome de commencer409
Note de recherche 13.1 : Réplication du génome de la levure
410
Régulation de l'assemblage de pré-RC412
13.3.2 Contrôle pendant la phase S
412
Origines de réplication précoce et tardive412
Points de contrôle au sein de la phase S413
Exercices
415
Chapitre 14 Mutation, réparation et recombinaison
417
Encadré 14.1 : Terminologie pour décrire les mutations ponctuelles
419
14.1 Mutations
420
14.1.1 Les causes des mutations
420
Les erreurs de réplication sont source de mutations ponctuelles420
Les erreurs de réplication peuvent aussi conduire à des insertions ou à des délétions423
Des mutations sont aussi produites par des agents mutagènes chimiques et physiques424
14.1.2 Les effets des mutations
428
Les effets des mutations sur les génomes428
Note technique 14.1 : Détection des mutations
429
Effets des mutations sur les organismes multicellulaires431
Effets des mutations sur les microorganismes432
14.1.3 Hypermutation et possibilité de mutations programmées
433
14.2 Réparation de l'ADN
434
14.2.1 Les systèmes de réparation directe ferment les brèches et corrigent certaines modifications
des nucléotides
434
Note de recherche 14.1 : Mutations programmées ?
435
14.2.2 Réparation par excision
437
L'excision de base peut réparer de nombreuses formes de nucléotides lésés437
La réparation par excision de nucléotides est utilisée pour réparer des dommages plus étendus437
14.2.3 Réparation des mésappariements : correction des erreurs de réplication
440
14.2.4 Réparations des coupures sur l'ADN double brin
441
14.2.5 Contournement des lésions de l'ADN au cours de la réplication du génome
442
14.2.6 Les défauts de la réparation de l'ADN sont causes de maladies humaines, notamment de cancers
444
14.3 Recombinaison
444
14.3.1 Recombinaison homologue
444
Le modèle Holliday de recombinaison homologue445
Protéines participant à la recombinaison homologue chez E. coli446
Le modèle de brèche double brin pour la recombinaison chez la levure447
Encadré 14.2 : Les voies de recombinaison RecE et RecF chez Escherichia coli
447
14.3.2 Recombinaison spécifique de site
448
L'intégration de l'ADN Lambda dans le génome de E. coli nécessite une recombinaison spécifique de site448
14.3.3 Transposition
450
Encadré 14.3 : Méthylation de l'ADN et transposition
450
Transposition réplicative et conservative des transposons d'ADN451
La transposition de rétroéléments454
Exercices
546
Chapitre 15 Comment les génomes évoluent
459
15.1 Génomes : les premiers 10 milliards d'années
460
15.1.1 Les origines des génomes
460
Les premiers systèmes biologiques étaient centrés sur l'ARN461
Les premiers génomes d'ADN462
En quoi la vie est-elle unique ?463
15.2 Acquisition de nouveaux gènes
465
15.2.1 Acquisition de nouveaux gènes par duplication de gènes
465
Les duplications de génomes entiers peuvent provoquer des augmentations brutales du nombre
de gènes465
Note de recherche 15.1 : Duplications segmentaires dans les génomes de l'homme et de la levure
468
Les duplications de gènes individuels ou de groupes de gènes sont survenues fréquemment
dans le passé470
Encadré 15.1 : Duplication de gène et redondance génétique
471
L'évolution du génome se fait aussi par des réarrangements des gènes existants472
15.2.2 Acquisition de nouveaux gènes à partir d'autres espèces
473
15.3 ADN non codant et évolution du génome
476
15.3.1 Éléments transposables et évolution du génome
476
Encadré 15.2 : L'origine d'un microsatellite
476
15.3.2 L'origine des introns
477
«Introns anciens» et «introns tardifs» : deux hypothèses en compétition477
Les données actuelles ne réfutent aucune de ces hypothèses478
Encadré 15.3 : Rôle de l'ADN non codant
479
15.4 Le génome humain : les derniers 5 millions d'années
479
Exercices
482
Chapitre 16 Phylogénétique moléculaire
483
16.1 Les origines de la phylogénétique moléculaire
484
Encadré 16.1 : Phénétique et cladistique
486
16.2 La reconstruction des arbres phylogénétiques à partir de l'ADN
487
16.2.1 Principales caractéristiques des arbres phylogénétiques construits à partir de l'ADN
487
Les arbres de gènes ne sont pas équivalents aux arbres d'espèces488
Encadré 16.2 : Terminologie pour la phylogénétique moléculaire
488
16.2.2 Reconstruction d'un arbre
489
L'alignement des séquences est le préliminaire essentiel de la reconstruction de l'arbre490
Passer d'un alignement à un arbre phylogénétique491
Note technique 16.1 : Analyse phylogénétique
491
Comment on vérifie l'exactitude d'un arbre493
Les horloges moléculaires permettent d'estimer l'âge des séquences ancestrales493
16.3 Les applications de la phylogénétique moléculaire
494
16.3.1 Exemples d'utilisation des arbres phylogénétiques
494
La phylogénétique de l'ADN a permis de mieux comprendre les relations entre les hommes et
les autres primates494
L'origine du SIDA495
16.3.2 La phylogénétique moléculaire permet l'étude de la préhistoire humaine
496
Les études intraspécifiques nécessitent des loci très variables496
Les origines des hommes actuels - venus d'Afrique ou pas ?496
Encadré 16.3 : Les gènes dans la population
497
Les voies des migrations plus récentes en Europe sont aussi controversées498
Note de recherche 16.1 : ADN et Néandertal
499
Migrations humaines préhistoriques vers le Nouveau Monde502
Exercices
504
Appendice
507
Rester à jour
507
Rester à jour en lisant la littérature
507
Rester à jour grâce l'Internet
507
Glossaire
511
Index
551