Kényelmetlen

A gén , a régi görög γένος  / Genos ( „generáció, születés, származás”) van, a biológia , a diszkrét és örökölhető szekvenciáját a nukleotidok , amelynek kifejeződése befolyásolja a karakter egy szervezet. Egy szervezet összes génje és nem kódoló anyaga alkotja genomját .

Egy génnek tehát adott helye van egy faj genomjában, gén lokuszról beszélünk . A szekvenciát általában dezoxiribonukleotidok alkotják, ezért ez egy DNS- szekvencia ( bizonyos vírusok esetén RNS- t képző ribonukleotidok révén ) egy kromoszómán belül . Ezt fejezik keresztül a transzkripció , azaz, a másolatot a DNS-szekvencia egy RNS-molekula. Az RNS ekkor transzlálódhat ,  termelhet egy fehérjét (az úgynevezett „ kódoló ” gének esete  , amelyek messenger RNS-eket termelnek ), vagy közvetlenül aktív lehet (az úgynevezett „ nem kódoló  ” gének esete  ). Mindkét esetben az RNS a transzkripció után különböző érési szakaszokon megy keresztül, különös tekintettel a splicingre , amely a transzkriptum intronoknak nevezett részeinek kivágásából áll . Az érett RNS tehát a fennmaradó részekből, nevezetesen az exonokból áll . Attól függően, hogy a gén kódol-e vagy sem, meg lehet különböztetni az exonokon a kódoló részeket, az úgynevezett CDS-t , és a CDS-től felfelé és lefelé eső részeket, amelyeket 5'- és 3'- UTR-nek nevezünk . A gének expressziója egy biológiai folyamat, amelyet két fő szakaszában (transzkripció és transzláció) különböző módon szabályoznak, úgynevezett „ szabályozó  ” szekvenciák  ( fokozók , promoterek vagy más gének, például mikro-RNS gének ) által. .

Az egyén (növény, állat, baktérium) élete során a gének mutációkat szerezhetnek nukleotidszekvenciájukban vagy szabályozó régióikban, például SNP-k (nukleotid módosítása) vagy INDEL-ek (nukleotidok hozzáadása vagy eltávolítása). Ha ezek a mutációk átterjednek, a gén vagy a szabályozó régió különböző alléljai jelenlétéhez vezetnek a populációban , és részt vesznek a populáció genetikai sokféleségében . Az egyén génjeinek és szabályozó régióinak összessége alkotja genotípusát . Idővel ezek az allélek a természetes szelekció nyomása alá kerülnek, és gyakoriságuk a genetikai sodródás hatására változhat .

A gének alléljeinek továbbadása szülő egyedektől leszármazottaikig a fenotípusos karakterek öröklődésének (például a szem méretének vagy színének) az eredete . Az egyén összes fenotípusos karaktere alkotja annak fenotípusát . Részletesen, az egyén fenotípusát befolyásolja genotípusa, a környezet, amelyben fejlődik vagy fejlődött, valamint a genotípusa és a környezete közötti kölcsönhatások. Míg egyes tulajdonságokat néhány gén (oligogén tulajdonságok) vagy ritkábban csak egy (monogén tulajdonságok) befolyásol, a legtöbb fenotípusos tulajdonságot nagyszámú gén befolyásolja (poligén tulajdonságokról beszélünk). Javasolták azt a modellt, amelyben az összes gén valamilyen mértékben befolyásolja a tulajdonságokat (omnigén modell).

Történelmi

Mendeli előtti öröklési elméletek

A karakterek (beleértve a megszerzett tulajdonságokat is) öröklődésének magyarázatára számos elméletet javasoltak az ókortól a XIX .  Századig , különösen Anaxagoras , Hippokratész és Arisztotelész .

Az előképzés elmélete , amely Arisztotelész előfutára, a XVII .  Századtól a XIX .  Századig sikert aratott . Ez az elmélet azt sugallta, hogy az egyén születése előtt létezett teljes formában, de túl kicsi ahhoz, hogy megfigyelhető legyen a spermiumban vagy a petesejtben. Darwin a maga részéről, a Pangenesis elméletében , Hippokratész örököse és a preformáció elméletével versengve javasolta , hogy a csírasejtek " gemmulák  ", a test sejtjei által kiválasztott fajta entitások halmozásából  álljanak , és akik ezért örökölték karaktereiket. A két ivarsejt megtermékenyítés közbeni találkozása biztosította a karakterek átadását keverékükön keresztül .

Mendel és az "örökletes tényezők" bemutatása

1856 és 1863 között Brnóban ( Osztrák Birodalom , jelenleg a Cseh Köztársaságban ) Gregor Mendel (1822. július 20. - 1884. január 6.) több ezer keresztet tett a borsó növényekről , amelyek során megfigyelte, hogy bizonyos szereplők elkülönülnek. Munkájából 5 megfigyelést von le:

  1. a karaktereket jól körülhatárolható, „diszkrét” formában mutatják be: fehér vagy lila virág, nagy vagy kicsi növény;
  2. az egyén minden tulajdonsághoz két tényezőt örököl, szülőnként egyet (ma génallélekről beszélnénk);
  3. a két allél egyike a domináns, és a fenotípus ennek a domináns allélnek a tükre (ami megmagyarázza, hogy az 1. pontban nincs halványlila virág és közepes méretű terv);
  4. a két tényező elválik az ivarsejtek kialakulása során;
  5. a tényezőpárok (például a szín és a méret) egymástól függetlenül különülnek el, így nincsenek összekapcsolva (ezért minden kombináció létezik).

Ez az 5 megfigyelés Mendel 3 törvényét alkotja  :

  1. Az első generációs hibridek egységességének törvénye  : ha egy adott tulajdonságban különbözõ szülõket, akik homozigóta (azaz 2 azonos alléllel rendelkeznek) az adott tulajdonságért felelõs tényezõvel keresztezik, az összes utód (F 1 ) azonos lesz ezzel a karakterrel. . Ez abból ered, hogy minden egyes F 1 ugyanazon szülőtől megkapta egyrészt a domináns tényezőt, másrészt a recesszív faktort.
  2. Diszjunkciót törvény allél  : minden ivarsejt egyének F 1 az 1 újbóli törvény kap egy, és csak egy két tényező örökölt a szüleitől. Az F 1 egyednek tehát kétféle ivarsejtje van: az egyik tartalmazza a domináns faktort, a másik a recesszív faktort. Az F 1 egyedek keresztezése tehát olyan F 2 egyed populációt eredményez , amelyben a genotípusok az 1: 2: 1 arány szerint oszlanak meg (1 homozigóta domináns / domináns, 2 heterozigóta domináns / recesszív, 1 homozigóta recesszív / recesszív). A fenotípusok viszont 3: 1 arányt követnek (3 esetben a domináns allélnek megfelelő fenotípus, az 1-nek pedig a recesszív allélnek megfelelő fenotípusa - ez a recesszív / recesszív homozigóta). Ezeket a szegregációkat vázlatosan ábrázoljuk egy Punnett sakktábla segítségével .
  3. A karakterek átadásának függetlenségének törvénye  : megfelel az 5. megfigyelésnek, vagyis a különböző karaktereket befolyásoló tényezők egymástól függetlenül szétválnak.

Mendel megfigyelései és törvényei valójában viszonylag kevés karakterre vonatkoznak. A jellemzők valóban ritkán vannak jól definiált formában („nagy” vagy „kicsi” növények), és inkább populációs kontinuumot alkotnak (bármilyen méretű növények). Méréskor folyamatos eloszlást figyelünk meg, nem pedig diszkrét eloszlást.

A mendeli karakterek valójában monogén karaktereknek felelnek meg, vagyis csak egyetlen gén befolyásolja őket. Valójában a karakterek többsége poligén. Ezenkívül a gének genetikailag összekapcsolhatók, vagyis alléljaik a gameták kialakulása során hajlamosak összetapadni. Ha egy karakter elkülönítése nem követi Mendel törvényeit, akkor azt nem Mendeli öröklésnek nevezzük .

Mendel munkájának és eredményeinek maradtak nagyrészt figyelmen kívül hagyta az élete során, de voltak újra hangsúlyozta elején a XX th  század által Hugo de Vries , Carl Correns és Erich von Tschermak .

DNS-felfedezés

Az 1940-es és 1950-es években a kísérletek azt mutatták, hogy a dezoxiribonukleinsav (DNS) a genetikai információ fizikai hordozója.

Ezután Rosalind Franklin és Maurice Wilkins munkájának köszönhetően röntgenkristályográfiával tanulmányozták a DNS szerkezetét . A szerkezet meghatározása lehetővé tette James Watson és Francis Crick számára, hogy javaslatot tegyen a DNS kettős spirálszerkezetének modelljére.

Végül Seymour Benzer munkája kimutatta, hogy a gének megfelelnek a DNS lineáris részének.

A gének molekuláris hordozói

DNS

A DNS (dezoxiribonukleinsav) a sejtek eukarióták és prokarióták örökletes hordozója .

A DNS-molekula két, egymással körbefont antiparallel szálból áll , ami kettős spirálszerkezetet eredményez . Ezek a szálak egymást követő nukleáris bázisokból vagy nitrogénbázisokból - adenin (A), citozin (C), guanin (G) vagy timin (T) - kapcsolódnak egy pentózhoz ( dezoxiribóz ), amely maga is foszfátcsoporthoz kapcsolódik . A nukleotidokat kovalens kötések kapcsolják össze az egyik nukleotid dezoxiribózja és a következő nukleotid foszfátcsoportja között, így láncot képeznek, ahol az ózok és a foszfátok váltakoznak, és a nukleáris bázisok mindegyike egy ózishoz kapcsolódik. A nukleotidok egymás utáni sorrendje egy DNS-szál mentén alkotja ennek a szálnak a szekvenciáját : ez a szekvencia hordozza a genetikai információt.

A DNS szálainak van jelentése, amely összefügg a pentózisok kémiai összetételével. Az egyik végén egy DNS-molekula egy kitett foszfátcsoport, ez az úgynevezett „5„”end [öt fő], és a másik vége egy kitéve a hidroxil -csoport , ez a 'végén az úgynevezett»3' «[három fő].

Egy sejten belül több különböző méretű DNS-molekula található: ezek kromoszómák . Az eukariótákban a kromoszómák lineárisak és a sejtmagban vannak megkötve , ahol a tömörödésüket szabályozó fehérjékkel, hisztonokkal társulnak . A prokariótákban általában egyetlen kör alakú kromoszóma (úgynevezett nukleoid ) van, hiszton nélkül, és szabad a citoplazmában , a prokariótákban nincs sejtmag. Minden kromoszóma hordozza az összes génjének egy allélját. Diploid fajokban , amelyeknél az egyének mindegyikének van egy-egy kromoszómája (ez például az emlősök esetében ), minden egyednek két allélje van minden génhez.

A kromoszóma mentén tehát vannak génlokuszok (gének), amelyeket úgynevezett „intergenikus” régiók választanak el egymástól, amelyek néha nagyon hosszúak. Ha ezeket a régiókat régóta feleslegesnek tekintik, a tudományos közösség most egyetért abban, hogy a legtöbbjüknek van szerepe, és különösen abban, hogy lókuszokat tartalmaznak a génexpresszió szabályozásában.

A gént alkotó DNS-nukleotidszekvencia nem közvetlenül funkcionális. Az RNS-t előállító RNS- polimerázok általi transzkripciója révén válik ilyenné.

RNS

Az RNS (ribonukleinsav) molekula a maga részéről a nukleáris bázisok sorozata - ugyanaz, mint a DNS, kivéve a timint (T), amelyet uracil (U) helyettesít - amely egy pentózhoz kapcsolódik (a ribóz , amely nevének egy részét adja) a molekulához), amely foszfátcsoporthoz kapcsolódik . A DNS-től eltérően az RNS molekula általában egyszálú (egyszálú). Az eukariótákban és a prokariótákban az RNS nem hordozza a genetikai információkat, hanem vagy közvetlenül funkcionáló molekula (például mikro-RNS vagy hosszú, nem kódoló RNS ), vagy egy köztes molekula, amely lehetővé teszi a fehérje szintézisét.

Ezzel szemben az RNS vírusokban a molekula képezi a vírusgenomot, és lehet kettős szálú formában .

Gén expresszió

Ha egy gént Messenger RNS- be kívánnak átírni , az tartalmazza a fehérje szintéziséhez szükséges információkat . Az eukariótákban egy gén az mRNS-ben található váltakozó szekvenciákból, úgynevezett exonokból áll , és nem kódoló szekvenciákból, intronokból , amelyek a splicing folyamat során a fehérjében történő transzláció előtt eltávolításra kerülnek a messenger RNS-ből . A genetikai információt nukleotidok (úgynevezett kodonok ) triplettjeiben fejezik ki , mindegyik kodon egy aminosavnak felel meg . Egyes "STOP kodonoknak" nevezett kodonok nem rendelkeznek aminosav-egyezéssel, és meghatározzák az RNS polipeptiddé történő transzlációjának megállítását. A fehérje azonban nem egyszerűen aminosavlánc, és végső összetétele más környezeti tényezőktől függ, ezért egy gén nem feltétlenül felel meg egyetlen fehérjének. Ezenkívül az intron splicing eljárás lehetővé teszi bizonyos exonok feltételes eltávolítását az RNS-ből, ezáltal egyetlen génből több különböző fehérjét képes előállítani. Ezt nevezzük alternatív illesztésnek . Ez a jelenség, amelyet eredetileg kis számú gén esetében írtak le, úgy tűnik, egyre több gént érint. Manapság becslések szerint az alternatív splicing génenként átlagosan három különböző RNS termelését teszi lehetővé, amely lehetővé teszi az emberek számára, hogy 20 000-25 000 génjükből 100 000 különböző fehérjét termeljenek.

Egy szervezet legtöbb sejtje rendelkezik az összes génnel. Egy adott sejtben expresszálódó összes gén, és ezért a sejtben jelen lévő fehérjék az egyén fejlődése során kialakult komplex szabályozási utaktól függenek. Néhány egyszerű karaktert egyetlen gén határoz meg (például az emberek vércsoportja vagy a Drosophila szemének színe ). Azonban a legtöbb esetben egy megfigyelhető karakter több vagy akár sok géntől és esetleg a környezettel való interakciótól (az arc formájától, a test súlyától) függ.

Ha az egyének közötti eltérésekért elsősorban a gének felelősek, akkor nem ők az egyetlen információs közegek a szervezetben. Tehát úgy véljük, hogy nagyszámú organizmus esetében a DNS jó része nem kódol (csak 3% -uk kódol emberben), a többi (a nem kódoló DNS) funkcióval rendelkezik, amelyek még mindig rosszul értett. Ezt a nem kódoló DNS-t, más néven intergenikus DNS-t, egyre inkább tanulmányozzák, és úgy tűnik, hogy részt vesz a kromatin szerkezetében . Pontosabban, a legújabb kutatások kimutatták e régiók döntő szerepét a génexpresszió szabályozásában a kromatin állapotának módosításával a nagy kromoszóma régiókban.

Génszabályozás

Cisz-szabályozó szegmensek eukariótákban

Az emberi DNS a géneket kódoló szekvenciák 1,5% -ából áll, amelyek a cisz-szabályozó szegmensek aktiválásával aktiválódnak a közelben, a nem kódoló DNS 98,5% -ában. Génjeink 99% -a megoszlik egerekkel. 5000 cisz-szabályozási szegmensünk közös a cápákkal. 20 nagyon különböző faj (legyek, halak, madarak, rágcsálók, majmok, emberek) genomjai átlagosan 20 000 génből állnak, és nagyon nagy hasonlóságot mutatnak génjeik és szabályozó szegmenseik között. A genetikai jellemzők variációi gyakrabban az aktivátor mutációinak, mint a gén mutációinak köszönhetők.

A szövetekben a fehérjék felismerik és kötődnek a cisz-szabályozó szegmensekhez, és aktiválják a géneket. A képződő fehérjekomplexum ezután aktiválja a polimeráz enzimet és elindítja a gén transzkripcióját. A leghosszabb megfigyelt távolság 4500 bázispár egy gén és egy szabályozó szegmens között. Egyes gének különböző szegmensek által egymástól függetlenül aktiválódnak több szövetben. Ezek a gének még stabilabbak, mert több szerves korlátozásnak vannak kitéve.

A cisz-szabályozó szegmensek tanulmányozásához létrehozunk egy olyan gént, amely összekapcsolódik egy olyan génnel, amelynek hatása könnyen megfigyelhető. Ezután egysejtű embrióba vezetik be. Ha megfigyeljük a hatást, az azért van, mert a szegmens szabályozó, és a megfigyelés jelzi annak helyzetét a fejlődő organizmusban.

Prokariótákban

A prokarióta genom alapértelmezés szerint aktiválva van. Ennek célja a transzkripció megakadályozása, nem pedig az aktiválása, ellentétben az eukariótákkal, ahol a gének általában alapértelmezés szerint elnyomódnak. A baktériumokban azonban vannak bizonyos aktiválási elvek (laktóz-operon stb.).

A gén meghatározásakor figyelembe kell venni azt a tényt, amelyet a baktériumok operonjaiban találunk , vagyis a "policisztonikus" géneknek. Ez a név téves abban az értelemben, hogy a cistron szó a gén szó szigorú szinonimája.

Az operon egy prokarióta gén, amely több fehérjét kódol, amelyek gyakran részt vesznek ugyanabban a biológiai folyamatban. Egyetlen mRNS keletkezik, amely mátrixként szolgál a különféle fehérjék előállításához.

Nincs dokumentáció, amely alátámasztaná az eukarióták operonjainak létezését.

A prokarióta mRNS nem kötődik össze, nincs olyan splicing, mint amit az eukarióták leírtak, és ennek következtében nincs fogalma az exonról vagy az intronról.

Önző gén

Könyvében Az önző gén , Richard Dawkins kiteszi a 1976 elmélet, amely a gén szerepének egység, amelyre a természetes szelekció jár . Magánszemélyek nem lesz más, mint érdek biztosítása az átviteli gének hordoznak (mely ötletet ad a címe a könyv Les karakterekkel du gén által Pierre-Henri Gouyon , Jean-Pierre Henry és Jacques Arnould , 1997). Konfliktusok lehetnek a gén és az egyén szintje között: a női útvonalon továbbított genom töredéke által hordozott géneknek érdeke, hogy több nő leszármazottat hozzon létre és manipulálja az őket ebben az irányban hordozó egyedet. , amelynél az esetek többségében kedvezőbb annyi hímet termelni, mint nőstényt. Az önző gén fogalma valójában hasonló a rokoni szelekció fogalmához, mivel az a gén, amely egy altruista cselekedetet diktál egy másik rokon egyén érdekében, valóban elősegíti saját átvitelét.

Ebben a megközelítésben a gének sajátossága, hogy nem vetik alá őket az öregedésnek. Egy gént egymillió év elteltével sem fenyeget nagyobb veszély, hogy eltűnjön, mint amikor először megjelent. Egy gén várható élettartama több ezer vagy akár millió év nagyságrendű.

A gének típusai és a technikai szókincs

A gén kifejezés olyan tág, hogy néha nehéz meghatározni. Számos származékot használnak, sokkal pontosabb és néha technikai értelemben, általában a tudományos közösségben.

Egy gén (lokusz) lokalizációjának nomenklatúrája

Ezt a nómenklatúrát elsősorban az emberek használják, de nem csak. Tehát az ABO gén (felelős az ABO vércsoportokért ) emberben 9q34, norvég patkányokban 3p13 .

Megjegyzések és hivatkozások

  1. A „gén” lexikográfiai és etimológiai meghatározása a számítógépes francia nyelvű pénztárból , a Nemzeti Szöveges és Lexikai Források Központjának honlapján .
  2. "  gén  " , Larousse szótár .
  3. (a) Evan A. Boyle , Yang I. Li és Jonathan K. Pritchard , "  kiterjesztett nézetét komplex tulajdonságok: tól Poligénes a Omnigenic  " , Cell , Vol.  169, n o  7,2017. június, P.  1177–1186 ( PMID  28622505 , PMCID  PMC5536862 , DOI  10.1016 / j.cell.2017.05.038 , online olvasás , hozzáférés 2021. március 21. )
  4. (en) Jane Maienschein , "  Epigenesis és Preformationism  " , a plato.stanford.edu (elérhető március 21, 2021 )
  5. CharlesDarwin és Michel Prum , Az állatok és növények variációja a házi állapotban , H. Champion,2015( ISBN  978-2-7453-2967-7 és 2-7453-2967-7 , OCLC  905852568 , online olvasás )
  6. Robin Marantz Henig , a kertben élő szerzetes: Gregor Mendel, a genetika atyja , Houghton Mifflin elveszett és megtalált zsenialitása ,2000( ISBN  0-395-97765-7 , 978-0-395-97765-1 és 0-618-12741-0 , OCLC  43648512 , olvassa el online )
  7. OT Avery , CM Macleod és M. McCarty , „  tanulmányok a kémiai jellegét ANYAG indukáló ÁTALAKULÁSA pneumococcus-típus: INDUKCIÓJÁNAK átalakításra a dezoxiribonukleinsav elkülönített frakcióból eredetű pneumolizin III  típusú, ” The Journal of Experimental Medicine , vol.  79, n o  21 st február 1944, P.  137–158 ( ISSN  0022-1007 , PMID  19871359 , PMCID  2135445 , DOI  10.1084 / jem.79.2.137 , online olvasás , hozzáférés 2021. március 19. )
  8. AD Hershey és M. Chase , „  A vírusfehérje és a nukleinsav független funkciói a bakteriofág növekedésében  ”, The Journal of General Physiology , vol.  36, n o  1,1952. május, P.  39-56 ( ISSN  0022-1295 , PMID  12.981.234 , PMCID  2.147.348 , DOI  10,1085 / jgp.36.1.39 , olvasható online , elérhető március 19, 2021 )
  9. (in) JD Watson és FHC Crick , "  Molecular Structure of Nucieic Acids: szerkezete dezoxiribonukleinsav esetében  " , Nature , Vol.  171, n o  4356,1953. április 25, P.  737-738 ( ISSN  0028-0836 és 1476-4687 , DOI  10.1038 / 171737a0 , olvasható online , elérhető március 21, 2021 )
  10. (a) Martin Thanbichler Sherry C. Wang és Lucy Shapiro , "  A bakteriális nukleoid: egy rendkívül szervezett és dinamikus szerkezete  " , Journal of Cellular Biochemistry , Vol.  96, n o  3,2005. október 15, P.  506-521 ( ISSN  0730-2312 és 1097-4644 , DOI  10.1002 / jcb.20519 , online olvasás , hozzáférés 2021. március 21. )
  11. (in) Hongzhu Qu és Xiangdong Fang , "  rövid áttekintés a humán Encyclopedia DNS-elemek (KÓDOLÁSÁRA) Project  " , Genomics, proteomika & Bioinformatics , vol.  11, n o  3,2013 Június, P.  135–141 ( PMID  23722115 , PMCID  PMC4357814 , DOI  10.1016 / j.gpb.2013.05.001 , online olvasás , hozzáférés 2021. március 21. )
  12. (in) Az ENCODE Projekt Konzorcium , Michael P. Snyder , Thomas R. Gingeras és Jill E. Moore , "  Perspectives ENCODE  " , Nature , vol.  583, n o  7818,2020. július 30, P.  693-698 ( ISSN  0028-0836 és 1476-4687 , PMID  32.728.248 , PMCID  PMC7410827 , DOI  10.1038 / s41586-020-2449-8 , olvasható online , elérhető március 21, 2021 )
  13. "A gének szabályozása, az evolúció motorja", Sean Carroll, Benjamin Prud'homme és Nicolas Gompel, Pour la Science, n o  375, 01/2009, p.  48-59
  14. (in) Richard Dawkins , a Charles Simonyi professzor a közvélemény Science Richard Dawkins David Dawkins és AUTH RICHARD DAWKINS , Az önző gén , Oxford University Press,1989( ISBN  978-0-19-286092-7 , online olvasás ) , p.  34

Lásd is

Bibliográfia

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek