Contenu du cours – Table des matières

1.Génomique : l’architecture du génome

1.1. La double hélice d’ADN, les gènes, les chromosomes

1.1.1. Définition du génome

1.1.2. Structures moléculaires de l’ADN et de l’ARN

1.1.2.1. Structure moléculaire de l’ADN

– Composition chimique des nucléotides

– Liaisons entre les nucléotides

– Structure en double hélice

1.1.2.2. Structure moléculaire de l’ARN

– Composition chimique

– Structure primaire, secondaire, tertiaire

– Modifications post-transcriptionnelles

– Rôles fonctionnels liés à la structure

1.1.3. Réplication de l’ADN et les mécanismes de réparation post-réplicatives

1.1.3.1. Processus de réplication de l’ADN

1.1.3.2. Mécanismes de fidélité

– Complémentarité des bases

– Activité de relecture (proofreading) de l'ADN polymérase

– Systèmes de réparation post-réplicative (MMR, BER, NER, HR, NHEJ)

1.1.3.3. Importance de la stabilité génétique

1.1.4. Structure des gènes

1.1.5. Organisation de l’ADN nucléaire

1.1.5.1. Les chromosomes chez l’être humain

– Structure des chromosomes

– Particularités des chromosomes sexuels et inactivation du chromosome X

1.1.5.2. La structure de la chromatine

1.1.5.3. La conformation de la chromatine

– Territoires chromosomiques

– Compartiments A et B

– Domaines topologiquement associés (TADs)

– Boucles enhancer-promoter

1.1.6. Organisation de l’ADN mitochondrial

1.2. La complexité de la composition du génome humain

1.2.1. Les séquences répétées

1.2.1.1. ADN répété en tandem

– Satellites

– Minisatellites et répétitions télomériques

– Microsatellites

1.2.1.2. ADN répétitif dispersé : éléments génétiques mobiles

– Transposons ADN

– Rétrotransposons LINEs

– Rétrotransposons SINEs

– Rétrotransposons HERV – LTR

1.2.1.3. Duplications segmentaires, pseudogènes et rétro-pseudogènes

1.2.2. Les gènes codants

1.2.2.1. Structure des gènes codants

1.2.2.2. La transcription

– Le promoteur et les ARN polymérases

– L’ARN pré-messager

– Modifications post-transcriptionnelles et formation de l’ARN messager (épissage, coiffe, polyadénylation, édition de l’ARN)

1.2.2.3. La traduction

– Rôle des ribosomes et des ARNt

– Contrôle de la qualité des ARNm par NMD

– Modifications post-traductionnelles (clivage, modifications chimiques)

– Repliement des protéines

1.2.3. Les gènes non-codants

1.2.3.1. Les petits ARN non codants (<200 nucléotides)

– ARNt

– ARNr

– snARN

– snoARN

– piARN

– miARN

– siRNA

1.2.3.2. Les longs ARN non codants (>200 nucléotides)

– ARN antisens

– Autres lncARN

1.3. La variabilité du génome humain

1.3.1. Les SNVs (Single Nucléotide Variants)

1.3.2. Les CNVs (Copy Number Variations)

1.4. La science Evo-Devo

2.La génétique formelle

2.1. Concepts fondamentaux de la génétique formelle

– Génotype et phénotype

– Allèles d’un gène

– Homozygotie et hétérozygotie

– Dominance et récessivité des allèles

– Arbre généalogique : un outil essentiel

2.2. Les modes d’hérédité des caractères et maladies génétiques

2.2.1. Hérédité autosomique dominante

2.2.1.1. Principes

2.2.1.2. Particularités

– Pénétrance incomplète

– Expressivité variable

– Hétérogénéité génétique, phénocopie, pléiotropie

– Mutation de novo

– Mosaïcisme germinal parental

– Mosaicisme somatique

– Empreinte génomique parentale (maternelle ou paternelle)

– Homozygotie dominante

Vignettes cliniques : maladie de Marfan, neurofibromatose de type 1, hypercholestérolémie familiale, achondroplasie, ostéogenèse imparfaite

2.2.1.3. Mécanismes moléculaires de la dominance

– Mutations avec gain de fonction

– Mutations à effet dominant négatif

– Mutations avec perte de fonction et haploinsuffisance

2.2.2. Hérédité autosomique récessive

2.2.2.1. Principes

Vignette clinique : mucoviscidose

2.2.2.2. Particularités

– Consanguinité

– Hétérogénéité allélique

– Pénétrance incomplète

– Pseudo-dominance

2.2.2.3. Mécanismes moléculaires de la récessivité

– Mutations avec perte de fonction

– Mutations hypomorphes

2.2.3. Hérédité liée au chromosome X

2.2.3.1. Principes (récessif/dominant)

Vignette clinique : hémophilie A et B, dystrophie musculaire de Duchenne, syndrome de Rett

2.2.3.2. Particularités

– Mosaïcisme chez les femmes

– Pénétrance incomplète et expressivité variable

– Mutations de novo

– Létalité chez les sujets masculins

– Expression similaire dans les 2 sexes

– Atteinte préférentielle des femmes par mosaïcisme cellulaire fonctionnel

2.2.4. Hérédité liée à l’ADN mitochondrial

2.2.4.1. Principes

2.2.4.2. Particularités

– Homoplasmie et hétéroplasmie

– Pénétrance incomplète et expressivité variable

Vignette clinique : neuropathie optique héréditaire de Leber

3.Les pathologies génétiques constitutionnelles

3.1. Les pathologies chromosomiques

3.1.1. Anomalies de nombre des chromosomes sexuels

3.1.1.1. Constitution 45,X et ses variantes

Vignette clinique : syndrome de Turner

3.1.1.2. Constitution 47,XXY et ses variantes

Vignette clinique : syndrome de Klinefelter

3.1.1.3. Autres variations de nombre des chromosomes sexuels

– 47,XXX et 47,XYY

– 48,XXXX ; 48,XXXY ; 48,XXYY et 49,XXXXY

3.1.2. Anomalies de nombre et de structure des autosomes

3.1.2.1. Anomalies de nombre des autosomes

– Trisomies (21, 18, 13)

Vignette clinique : trisomies 21, 18, 13

– Triploïdie

Vignette clinique : triploïdie

3.1.2.2. Anomalies de structure équilibrées des autosomes

– Translocations réciproques

– Translocations robertsoniennes

– Insertions équilibrées

– Inversions équilibrées

Vignette clinique : syndrome F

3.1.2.3. Anomalies de structure déséquilibrées des autosomes

– Isochromosomes

Vignette clinique : syndrome de Pallister-Killian

– Chromosomes en anneau

– Délétions et duplications

Vignettes cliniques : syndrome du cri-du-chat;: microdélétion 22q11; syndrome de Williams Beuren; syndrome de Smith-Magenis

– CNVs à pénétrance incomplète et expressivité variable

3.2. Les pathologies monogéniques

3.2.1. Les RASopathies

Vignette clinique : syndrome de Noonan

3.2.2. Chromatinopathies et cohésinopathies

Vignette clinique : syndrome de Kabuki, Cornelia de Lange

3.2.3. Ciliopathies

Vignette clinique : syndrome de Joubert

3.2.4. Pathologies de la voie de signalisation TGF-β

Vignette clinique : syndrome de Loeys-Dietz

3.3. Maladies liées à des anomalies de l’empreinte parentale

3.3.1. Définitions

3.3.2. Région 15q11q13

Vignette clinique : syndrome de Prader-Willi, Angelman

3.3.3. Région 11p15

Vignette clinique : syndrome de Beckwith-Wiedemann, Silver-Russel

3.4. Maladies à expansion de triplets

3.4.1. Définitions

3.4.2. Mécanismes physiopathologiques

3.4.3. Maladies à expansion de triplets

Vignette clinique : syndrome X Fragile, dystrophie myotonique de Steinert, chorée de Huntington

3.5. Maladies polygéniques et multifactorielles

3.5.1. Études GWAS

3.5.2. Médecine personnalisée

4.L’oncogénétique

4.1. Mécanismes de la cancérogenèse

4.1.1. Lésions d’origine endogène

4.1.2. Lésions d’origine exogène

4.1.3. Mécanismes de réparation de l’ADN

4.1.3.1. Réparation directe de la lésion

– Photolyase pour les dimères de thymine

– Méthyltransférases pour m6G, m1A, m3C

4.1.3.2. Systèmes de réparation post-réplicative (MMR, BER, NER, HR, NHEJ)

(cf. 1.1.3.2)

4.2. Prédispositions héréditaires aux cancers

4.2.1. Cancers sporadiques et avec prédisposition héréditaire

4.2.2. Théorie de Knudson

4.2.3. Perte d’hétérozygotie

4.2.4. Prédispositions héréditaires aux cancers

4.2.4.1. Cancers du sein et de l’ovaire (gènes BRCA1 et BRCA2)

4.2.4.2. Cancers du colon (syndrome de Lynch, polypose adénomateuse familiale)

5.Techniques de détection des maladies génétiques constitutionnelles

5.1. Techniques d’analyses des anomalies génétiques à l’échelle chromosomique

5.1.1. Caryotype standard

5.1.2. Technique FISH

5.1.3. Caryotype moléculaire

5.1.3.1. CGH-arrays (comparative genomic hybridization)

5.1.3.2. SWGS (shallow whole genome sequencing)

5.1.3.3. Cartographie optique du génome

Tableau récapitulatif

5.2. Techniques d’analyse des anomalies génétiques à l’échelle du gène

5.2.1. PCR et séquençage de Sanger

5.2.2. Southern Blotting

5.2.3. PCR méthylation spécifique (MS-PCR)

5.2.4. Séquençage haut débit (NGS, Next Generation Sequencing)

5.2.4.1. NGS short reads (whole exome sequencing, whole genome sequencing)

5.2.4.2. NGS long reads (Nanopore, PacBio)

Tableau récapitulatif

5.3. Études fonctionnelles

5.3.1. Analyse de l’ARN

5.3.1.1. Analyse ciblée du cDNA (role de la Reverse Transcriptase)

5.3.1.2. Transcriptome (RNA-Seq)

5.3.2. Analyse des protéines

5.3.2.1. Western Blotting

5.3.2.2. Protéome

5.3.3. Modèles cellulaires (analyses in vitro)

5.3.3.1. Cultures cellulaires, cellules souches et organoïdes

5.3.3.2. Transfection et transduction cellulaires

5.3.3.3. Méthodes de mutagenèse : édition génomique (CRISPR-Cas9)

5.3.4. Modèles animaux (analyses in vivo)

5.3.4.1. Modèles zebrafish

5.3.4.2. Modèles murins

6.La génétique clinique

6.1. Consultation et conseil génétique clinique

6.2. Contextes de conseil génétique

6.2.1. Diagnostic postnatal

6.2.2. Diagnostic prénatal

6.2.2.1. Amniocentèse

6.2.2.2. Ponction de villosités choriales/trophoblaste (CVS)

6.2.3. Diagnostic préimplantatoire

6.2.4. Diagnostic prédictif

6.3. Stratégies de screening préventif

6.3.1. Screening préconceptionnel (carrier screening)

6.3.2. Screening prénatal (test NIPT)

6.3.3. Screening néonatal (Guthrie, testing génétique néonatal)

7.Stratégies thérapeutiques

7.1. Thérapie cellulaire

7.1.1. Greffe d’organe

7.1.2. Greffe de cellules souches

7.1.2.1. Cellules souches de donneur

7.1.2.2. Cellules souches obtenues par clonage thérapeutique ou iPSC, avec édition génomique

7.2. Thérapie protéomique

7.3. Thérapie transcriptomique

7.3.1. Les petits ARN interférants (siRNA)

7.3.2. Oligonucléotides antisens (ASO)

7.4. Thérapie génomique

7.4.1. Stimulation du promoteur d’un gène partiellement fonctionnel ou d’un gène compensatoire

7.4.2. Thérapie génique (« gène médicament »)