Mutations- des modifications persistantes de l'appareil génétique qui surviennent soudainement et entraînent des modifications de certaines caractéristiques héréditaires de l'organisme. Les bases de la doctrine de la mutation ont été posées par le botaniste et généticien néerlandais De Vries (1848-1935), qui a proposé ce terme. Les principales dispositions de la théorie des mutations sont :
■ les mutations surviennent soudainement ;
■ les changements provoqués par des mutations sont stables et peuvent être hérités ;
■ les mutations ne sont pas dirigées, c'est-à-dire qu'elles peuvent être bénéfiques, nocives ou neutres pour les organismes ;
■ les mêmes mutations peuvent se produire de manière répétée ;
■ la capacité à former des mutations est une propriété universelle de tous les organismes vivants.
Mutations par type cellulaire dans lesquelles des changements se produisent :
génératif - surviennent dans les cellules germinales et sont héritées lors de la reproduction sexuée ;
somatique - surviennent dans des cellules non reproductrices et sont héritées lors de la reproduction végétative ou asexuée.
Mutations par impact sur l'activité vitale :
mortel - provoquer la mort des organismes avant même la naissance ou avant le début de la capacité de reproduction ;
sublétaire - réduire la viabilité des individus ;
neutre - dans des conditions normales, n’affectent pas la viabilité des organismes.
Mutations à l'origine des changements dans l'appareil héréditaire
Mutations génétiques - changements persistants dans les gènes individuels causés par une violation de la séquence nucléotidique dans les molécules d'acide nucléique. Ces mutations surviennent en raison de la perte de certains nucléotides, de l'apparition de nucléotides supplémentaires et d'un changement dans l'ordre de leur disposition. Les perturbations dans la structure de l'ADN conduisent à des mutations uniquement lorsque la réparation ne se produit pas.
Variété de mutations génétiques :
1 ) dominant, sous-dominant /(apparaît partiellement) et récessif,
2 ) perte de nucléotide(effacement), duplication de nucléotides(doublons), changement dans l'ordre des nucléotides(inversion), changement de paire de nucléotides(transitions et transversions).
L'importance des mutations génétiques réside dans le fait qu'elles constituent la majorité des mutations auxquelles sont associées l'évolution du monde organique et la sélection. En outre, les mutations génétiques sont à l'origine d'un groupe de maladies héréditaires telles que les maladies génétiques. Maladies génétiques sont causées par l'action d'un gène mutant et leur pathogenèse est associée aux produits d'un gène (manque de protéine, d'enzyme ou trouble structurel). Un exemple de maladies génétiques est l'hémophilie, le daltonisme, l'albinisme, la phénylcétonurie, la galactosémie, la drépanocytose, etc.
Mutations chromosomiques (aberrations) - Ce sont des mutations résultant de réarrangements chromosomiques. Ils sont une conséquence de la rupture des chromosomes avec formation de fragments, qui sont ensuite combinés. Ils peuvent se produire à la fois au sein d’un même chromosome et entre chromosomes homologues et non homologues.
Variété de mutations chromosomiques :
■ défaut (effacement) survient en raison de la perte d'un chromosome de l'une ou l'autre section ;
■ doubler (reproduction) est associé à l'inclusion d'un segment supplémentaire dupliqué du chromosome ;
■ renversement (inversion) est observé lorsque les chromosomes se cassent et que la section tourne de 180° ;
■ transfert (translocation) - une section du chromosome d'une paire est attachée à un chromosome non homologue.
Les mutations chromosomiques provoquent principalement des anomalies graves incompatibles avec la vie (déficiences et inversions), sont la principale source d'augmentation des gènes (doublement) et augmentent la variabilité des organismes du fait de la recombinaison de gènes (transfert).
Mutations génomiques- Ce sont des mutations associées à des modifications du nombre d'ensembles de chromosomes. Les principaux types de mutations génomiques sont :
1) polyploïdie - augmentation du nombre de jeux de chromosomes ;
2) réduction du nombre d'ensembles de chromosomes ;
3) aneuploïdie (ou hétéroploïdie) - une modification du nombre de chromosomes de paires individuelles
polysémie - une augmentation du nombre de chromosomes d'un - trisomie, de deux (tétrasomie) ou plus de chromosomes ;
monosomie - réduction du nombre de chromosomes d'un ;
nullisomie - absence totale d'une paire de chromosomes.
Les mutations génomiques sont l'un des mécanismes de spéciation (polyploïdie). ils sont utilisés pour créer des variétés polyploïdes caractérisées par des rendements plus élevés, pour obtenir des formes homozygotes pour tous les gènes (réduisant le nombre d'ensembles de chromosomes). Les mutations génomiques réduisent la viabilité des organismes et provoquent un groupe de maladies héréditaires telles que chromosomique. Maladies chromosomiques - il s'agit de maladies héréditaires provoquées par des réarrangements chromosomiques quantitatifs (polyploïdie, aneuploïdie) ou structurels (délétions, inversions...) (par exemple syndrome du « cri du chat » (46, 5), syndrome de Down (47, 21+), Syndrome d'Edwards (47,18+), syndrome de Turner (45, XO), syndrome de Patau (47,13+), syndrome de Klinefelter (47, XXY), etc.).
Les mutations au niveau génétique sont des changements structurels moléculaires de l’ADN qui ne sont pas visibles au microscope optique. Celles-ci incluent toute transformation de l'acide désoxyribonucléique, quel que soit son effet sur la viabilité et la localisation. Certains types de mutations génétiques n’ont aucun effet sur la fonction ou la structure du polypeptide (protéine) correspondant. Cependant, la plupart de ces transformations provoquent la synthèse d’un composé défectueux qui a perdu la capacité d’accomplir ses tâches. Ensuite, nous examinerons plus en détail les mutations génétiques et chromosomiques.
Caractéristiques des transformations
Les pathologies les plus courantes provoquant des mutations génétiques humaines sont la neurofibromatose, le syndrome surrénogénital, la mucoviscidose et la phénylcétonurie. Cette liste peut également inclure l'hémochromatose, les myopathies de Duchenne-Becker et autres. Ce ne sont pas tous des exemples de mutations génétiques. Leurs signes cliniques sont généralement des troubles métaboliques (processus métabolique). Les mutations génétiques peuvent inclure :
- Substitution dans un codon de base. Ce phénomène est appelé mutation faux-sens. Dans ce cas, un nucléotide est remplacé dans la partie codante, ce qui entraîne à son tour une modification de l’acide aminé dans la protéine.
- Changer un codon de telle manière que la lecture de l'information soit suspendue. Ce processus est appelé mutation non-sens. Lorsqu'un nucléotide est remplacé dans ce cas, un codon d'arrêt est formé et la traduction est terminée.
- Troubles de la lecture, décalage du cadre de lecture. Ce processus est appelé « frameshifting ». Lorsque l'ADN subit un changement moléculaire, les triplets sont transformés lors de la traduction de la chaîne polypeptidique.
Classification
Selon le type de transformation moléculaire, les mutations génétiques suivantes existent :
- Reproduction. Dans ce cas, une duplication ou un doublement répété d'un fragment d'ADN se produit de 1 nucléotide aux gènes.
- Effacement. Dans ce cas, il y a une perte d'un fragment d'ADN du nucléotide vers le gène.
- Inversion. Dans ce cas, on note une rotation de 180 degrés. section d'ADN. Sa taille peut être soit de deux nucléotides, soit d'un fragment entier constitué de plusieurs gènes.
- Insertion. Dans ce cas, des sections d'ADN sont insérées du nucléotide au gène.
Les transformations moléculaires impliquant de 1 à plusieurs unités sont considérées comme des changements ponctuels.
Caractéristiques distinctives
Les mutations génétiques présentent un certain nombre de caractéristiques. Tout d'abord, il convient de noter leur capacité à être héritée. De plus, les mutations peuvent provoquer une transformation de l’information génétique. Certains changements peuvent être qualifiés de dits neutres. De telles mutations génétiques ne provoquent aucune perturbation du phénotype. Ainsi, en raison du caractère inné du code, le même acide aminé peut être codé par deux triplets qui ne diffèrent que par 1 base. Dans le même temps, un certain gène peut muter (se transformer) dans plusieurs états différents. Ce sont ces types de changements qui provoquent la plupart des pathologies héréditaires. Si l’on donne des exemples de mutations génétiques, on peut se tourner vers les groupes sanguins. Ainsi, l'élément qui contrôle leur système AB0 possède trois allèles : B, A et 0. Leur combinaison détermine les groupes sanguins. Appartenant au système AB0, il est considéré comme une manifestation classique de la transformation des caractéristiques normales chez l'homme.
Transformations génomiques
Ces transformations ont leur propre classification. La catégorie des mutations génomiques comprend les modifications de la ploïdie des chromosomes structurellement inchangés et l'aneuploïdie. Ces transformations sont déterminées par des méthodes spéciales. L'aneuploïdie est un changement (augmentation - trisomie, diminution - monosomie) du nombre de chromosomes de l'ensemble diploïde, qui n'est pas un multiple de l'ensemble haploïde. Lorsque le nombre augmente d’un multiple, on parle de polyploïdie. Ces aneuploïdies et la plupart des aneuploïdies chez l'homme sont considérées comme des changements mortels. Parmi les mutations génomiques les plus courantes figurent :
- Monosomie. Dans ce cas, un seul des 2 chromosomes homologues est présent. Dans le contexte d'une telle transformation, un développement embryonnaire sain est impossible pour aucun des autosomes. La seule chose compatible avec la vie est la monosomie sur le chromosome X. Elle provoque le syndrome de Shereshevsky-Turner.
- Trisomie. Dans ce cas, trois éléments homologues sont détectés dans le caryotype. Exemples de telles mutations génétiques : syndrome de Down, syndrome d'Edwards, syndrome de Patau.
Facteur provoquant
La raison pour laquelle l'aneuploïdie se développe est considérée comme la non-disjonction des chromosomes au cours du processus de division cellulaire dans le contexte de la formation de cellules germinales ou de la perte d'éléments due au décalage d'anaphase, tandis qu'en se déplaçant vers le pôle, un lien homologue peut en retard sur un non homologue. La notion de « non-disjonction » indique l'absence de séparation des chromatides ou des chromosomes en mitose ou méiose. Ce trouble peut conduire au mosaïcisme. Dans ce cas, une lignée cellulaire sera normale et l’autre sera monosomique.
Non-disjonction dans la méiose
Ce phénomène est considéré comme le plus courant. Les chromosomes qui devraient normalement se diviser pendant la méiose restent connectés. En anaphase, ils se déplacent vers un pôle cellulaire. En conséquence, 2 gamètes sont formés. L’un d’eux a un chromosome supplémentaire et il manque un élément à l’autre. Au cours du processus de fécondation d'une cellule normale avec un lien supplémentaire, une trisomie se développe ; les gamètes avec un composant manquant développent une monosomie. Lorsqu'un zygote monosomique se forme pour un élément autosomique, le développement s'arrête aux stades initiaux.
Mutations chromosomiques
Ces transformations représentent des changements structurels des éléments. Généralement, ils sont visualisés à l’aide d’un microscope optique. Les mutations chromosomiques impliquent généralement des dizaines, voire des centaines de gènes. Cela provoque des changements dans l'ensemble diploïde normal. Généralement, de telles aberrations ne provoquent pas de transformation de séquence dans l'ADN. Cependant, lorsque le nombre de copies de gènes change, un déséquilibre génétique se développe en raison d’un manque ou d’un excès de matériel. Il existe deux grandes catégories de ces transformations. On distingue notamment les mutations intra- et interchromosomiques.
Influence environnementale
Les humains ont évolué comme des groupes de populations isolées. Ils ont vécu assez longtemps dans les mêmes conditions environnementales. Nous parlons notamment de la nature de la nutrition, des caractéristiques climatiques et géographiques, des traditions culturelles, des agents pathogènes, etc. Tout cela a conduit à la consolidation de combinaisons d'allèles spécifiques à chaque population, les plus adaptées aux conditions de vie. Cependant, en raison de l'expansion intensive de la zone, des migrations et de la réinstallation, des situations ont commencé à survenir lorsque des combinaisons utiles de certains gènes présents dans un environnement dans un autre ont cessé d'assurer le fonctionnement normal d'un certain nombre de systèmes corporels. À cet égard, une partie de la variabilité héréditaire est causée par un complexe défavorable d'éléments non pathologiques. Ainsi, la cause des mutations génétiques dans ce cas est un changement dans l'environnement extérieur et les conditions de vie. Ceci, à son tour, est devenu la base du développement d’un certain nombre de maladies héréditaires.
Sélection naturelle
Au fil du temps, l’évolution s’est produite chez des espèces plus spécifiques. Cela a également contribué à l’expansion de la diversité ancestrale. Ainsi, les signes qui pouvaient disparaître chez les animaux ont été préservés et, à l'inverse, ce qui restait chez les animaux a été balayé. Au cours de la sélection naturelle, les humains ont également acquis des traits indésirables directement liés aux maladies. Par exemple, au cours du développement humain, des gènes sont apparus qui peuvent déterminer la sensibilité à la toxine de la poliomyélite ou de la diphtérie. Devenue Homo sapiens, l’espèce humaine a en quelque sorte « payé son intelligence » de l’accumulation de transformations pathologiques. Cette disposition est considérée comme la base de l'un des concepts fondamentaux de la doctrine des mutations génétiques.
Mutation(du mot latin "mutatio" - changement) est un changement persistant du génotype survenu sous l'influence de facteurs internes ou externes. Il existe des mutations chromosomiques, génétiques et génomiques.
Quelles sont les causes des mutations ?
- Conditions environnementales défavorables, conditions créées expérimentalement. De telles mutations sont dites induites.
- Certains processus se produisant dans une cellule vivante d'un organisme. Par exemple : trouble de la réparation de l'ADN, réplication de l'ADN, recombinaison génétique.
Les mutagènes sont des facteurs qui provoquent des mutations. Sont divisées en:
- Physique – désintégration radioactive et ultraviolet, température trop élevée ou trop basse.
- Chimique - agents réducteurs et oxydants, alcaloïdes, agents alkylants, dérivés nitrés de l'urée, pesticides, solvants organiques, certains médicaments.
- Biologique - certains virus, produits métaboliques (métabolisme), antigènes de divers micro-organismes.
Propriétés de base des mutations
- Transmis par héritage.
- Causée par une variété de facteurs internes et externes.
- Ils apparaissent de manière spasmodique et soudaine, parfois de manière répétée.
- N'importe quel gène peut muter.
Quels sont-ils?
- Les mutations génomiques sont des changements caractérisés par la perte ou l'ajout d'un chromosome (ou de plusieurs) ou de l'ensemble haploïde complet. Il existe deux types de mutations de ce type : la polyploïdie et l'hétéroploïdie.
Polyploïdie est un changement dans le nombre de chromosomes qui est un multiple de l'ensemble haploïde. Extrêmement rare chez les animaux. Il existe deux types de polyploïdie possibles chez l'homme : la triploïdie et la tétraploïdie. Les enfants nés avec de telles mutations ne vivent généralement pas plus d'un mois et meurent le plus souvent au stade de développement embryonnaire.
Hétéroploïdie(ou aneuploïdie) est une modification du nombre de chromosomes qui n'est pas un multiple de l'ensemble halogène. À la suite de cette mutation, les individus naissent avec un nombre anormal de chromosomes – polysomiques et monosomiques. Environ 20 à 30 pour cent des monosomiques meurent dans les premiers jours du développement intra-utérin. Parmi les naissances, il y a des personnes atteintes du syndrome de Shereshevsky-Turner. Les mutations génomiques dans le monde végétal et animal sont également diverses.
- - ce sont des changements qui se produisent lorsque la structure des chromosomes est réorganisée. Dans ce cas, il y a un transfert, une perte ou un doublement d'une partie du matériel génétique de plusieurs chromosomes ou d'un, ainsi qu'un changement dans l'orientation des segments chromosomiques dans les chromosomes individuels. Dans de rares cas, une union de chromosomes est possible.
- Mutations génétiques. À la suite de telles mutations, des insertions, des délétions ou des substitutions de plusieurs ou d'un nucléotides se produisent, ainsi que l'inversion ou la duplication de différentes parties du gène. Les effets des mutations de types de gènes sont variés. La plupart d'entre eux sont récessifs, c'est-à-dire qu'ils ne se manifestent d'aucune façon.
Les mutations sont également divisées en somatiques et génératives
- - dans toutes les cellules du corps, à l'exception des gamètes. Par exemple, lorsqu'une cellule végétale mute, à partir de laquelle devrait ensuite se développer un bourgeon, puis une pousse, toutes ses cellules seront mutantes. Ainsi, sur un groseillier rouge, une branche avec des baies noires ou blanches peut apparaître.
- Les mutations génératives sont des changements dans les cellules germinales primaires ou dans les gamètes qui en sont issus. Leurs propriétés sont transmises à la génération suivante.
Selon la nature de l'effet sur les mutations, on distingue :
- Mortel - les propriétaires de tels changements meurent soit pendant le stade, soit assez peu de temps après la naissance. Ce sont presque toutes des mutations génomiques.
- Semi-létal (par exemple, hémophilie) - caractérisé par une forte détérioration du fonctionnement de tous les systèmes du corps. Dans la plupart des cas, les mutations semi-létales entraînent également la mort peu de temps après.
- Les mutations bénéfiques sont à la base de l’évolution ; elles conduisent à l’apparition de traits nécessaires à l’organisme. Une fois établies, ces caractéristiques peuvent provoquer la formation d’une nouvelle sous-espèce ou espèce.
Sous-séquence ADN nucléaire pour deux personnes quelconques, c'est presque identique à 99,9 %. Seule une très petite fraction de la séquence d’ADN varie d’un individu à l’autre, ce qui entraîne une variation génétique. Certaines différences dans la séquence d’ADN n’ont aucun effet sur le phénotype, tandis que d’autres sont des causes directes de maladie. Entre les deux extrêmes se trouvent les changements responsables de la variabilité phénotypique génétiquement déterminée de l'anatomie et de la physiologie, de la tolérance alimentaire, des réponses aux effets secondaires des traitements ou des médicaments, de la susceptibilité aux infections, de la susceptibilité aux tumeurs et peut-être même de la variabilité de divers traits de personnalité, capacités sportives et performances artistiques. . Talent.
L'un des plus importants concepts de génétique humaine et la génétique médicale - que les maladies génétiques ne sont que la manifestation la plus évidente et souvent la plus extrême des différences génétiques, une extrémité d'un continuum de changements depuis les variantes rares qui causent la maladie, en passant par les variantes plus courantes qui augmentent la susceptibilité à la maladie, jusqu'aux variations les plus courantes qui provoquent la maladie. n'ont aucune attitude évidente envers la maladie.
Types de mutations chez l'homme
Tout changement dans la séquence ou la disposition des nucléotides de l'ADN. Les mutations peuvent être classées en trois catégories : celles qui affectent le nombre de chromosomes dans une cellule (mutations génomiques), celles qui modifient la structure de chromosomes individuels (mutations chromosomiques) et celles qui modifient des gènes individuels (mutations génétiques). Les mutations génomiques sont des modifications du nombre de chromosomes intacts (aneuploïdie) résultant d'erreurs de ségrégation chromosomique lors de la méiose ou de la mitose.
Mutations chromosomiques- des modifications affectant seulement une partie du chromosome, telles que des duplications partielles, des délétions, des inversions et des translocations, qui peuvent survenir spontanément ou résulter d'une ségrégation anormale des chromosomes transloqués au cours de la méiose. Les mutations génétiques sont des changements dans la séquence d'ADN du génome nucléaire ou mitochondrial, allant de mutations dans un seul nucléotide à des changements couvrant plusieurs millions de paires de bases. De nombreux types de mutations sont représentés par une variété d’allèles au niveau de locus individuels dans plus d’un millier de maladies génétiques différentes, ainsi que parmi les millions de variantes d’ADN trouvées dans le génome de la population normale.
Description des différents mutation non seulement sensibilise à la diversité génétique humaine et à la fragilité du patrimoine génétique humain, mais promeut également les informations nécessaires à la détection et au dépistage des maladies génétiques dans des familles spécifiques à risque et également, pour certaines maladies, dans la population dans son ensemble.
Mutation génomique, entraînant la perte ou la duplication d'un chromosome entier, modifie le dosage et donc le niveau d'expression de centaines ou de milliers de gènes. De même, une mutation chromosomique qui affecte la plupart d’un ou plusieurs chromosomes peut également affecter l’expression de centaines de gènes. Même une petite mutation génétique peut avoir des conséquences importantes, selon le gène affecté et les causes du changement dans l’expression de ce gène. Une mutation génétique sous la forme d'une modification d'un seul nucléotide dans la séquence codante peut entraîner une perte totale de l'expression du gène ou la formation d'une protéine aux propriétés altérées.
Quelques Modifications de l'ADN, cependant, n’ont pas d’effets phénotypiques. Une translocation ou une inversion chromosomique peut ne pas affecter une partie critique du génome et n’avoir absolument aucun effet phénotypique. Une mutation au sein d'un gène peut n'avoir aucun effet car soit elle ne modifie pas la séquence d'acides aminés du polypeptide, soit, même si elle le fait, la modification de la séquence d'acides aminés codée ne modifie pas les propriétés fonctionnelles de la protéine. Toutes les mutations n’ont donc pas de conséquences cliniques.
Tous trois types de mutations se produisent avec une fréquence significative dans de nombreuses cellules différentes. Si une mutation se produit dans l’ADN des cellules germinales, elle peut être transmise aux générations suivantes. En revanche, les mutations somatiques se produisent de manière aléatoire dans seulement un sous-ensemble de cellules de certains tissus, conduisant à un mosaïcisme somatique, comme on l’observe par exemple dans de nombreuses tumeurs. Les mutations somatiques ne peuvent pas être transmises aux générations suivantes.
