Qu’est-ce qu’un gène?

gène

Intro

Un gène est une unité fonctionnelle de acide désoxyribonucléique (ADN) qui contient des informations de base pour le développement des caractéristiques d’un individu. Dans le processus de transcription, une copie complémentaire sous forme d’ARN est produite à partir du brin d’ADN.

Il existe différents types d’ARN. Lors de la traduction, sous-processus de synthèse des protéines, la séquence d’acides aminés des protéines est lue à partir de l’ARNm (ARN messager). Dans l’organisme, les protéines assument chacune des fonctions spécifiques avec lesquelles des caractéristiques peuvent être exprimées. L’état d’activité d’un gène ou son expression peut être régulé différemment dans les cellules individuelles.

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Edité par Christina Swords, Ph.D.

Processus par lequel les gènes produisent des protéines pour remplir une fonction particulière dans le corps.
Processus par lequel les gènes produisent des protéines pour remplir une fonction particulière dans le corps.

Les gènes portent des traits héréditaires situés dans les chromosomes, à des endroits spécifiques. Ils sont les porteurs d’informations génétiques qui sont transmises aux descendants par reproduction. Toute l’information génétique d’une cellule, constituée de milliers de gènes, s’appelle le génome. Le projet du génome humain a été fondé dans le but de déchiffrer complètement les plus de 20 000 gènes du génome humain.

Structure

Au niveau moléculaire, un gène se compose de deux régions différentes:

  • Une section d’ADN à partir de laquelle une copie simple brin d’ARN est produite par transcription.
  • Tous les segments d’ADN supplémentaires impliqués dans la régulation de ce processus de copie.

Il existe diverses différences dans la structure des gènes de différents organismes vivants.

Les gènes codent non seulement l’ARNm à partir duquel les protéines sont traduites, mais également des molécules appelées ARNr et ARNt ainsi que d’autres acides ribonucléiques qui ont d’autres tâches dans la cellule. Un gène codant pour une protéine contient une description de la séquence d’acides aminés de cette protéine. Cette description est disponible dans un langage chimique, à savoir dans le code génétique sous la forme de la séquence nucléotidique de la molécule d’ADN.

Les «maillons de chaîne» (nucléotides) individuels de l’ADN – regroupés en groupes de trois (triplets ou codons) – représentent les «lettres» du code génétique. La région codante, ou tous les nucléotides qui sont directement impliqués dans la description de la séquence d’acides aminés, est appelée un cadre de lecture ouvert. Un nucléotide se compose d’une partie de phosphate, d’une partie de désoxyribose (sucre) et d’une base. Une base est soit l’adénine, la thymine, la guanine ou la cytosine.

Un gène est présenté décomposé en ses composants, mettant en évidence le processus de traduction.
Un gène est présenté décomposé en ses composants, mettant en évidence le processus de traduction.

Devant l’unité de transcription, il y a des régions régulatrices, telles que des amplificateurs ou des promoteurs, qui augmentent l’expression de certains gènes. En fonction de la séquence, diverses protéines telles que les facteurs de transcription et l’ARN polymérase se lient à celles-ci pour commencer la transcription. En revanche, ADN polymérases copier l’ADN pendant la division cellulaire.

En plus du cadre de lecture ouvert codant directement la protéine, l’ARNm contient des régions non traduites et non codantes: la région non traduite 5 ‘(5’ UTR) et la région non traduite 3 ‘(3’ UTR). Ces régions servent à réguler l’initiation de la traduction et à réguler l’activité des ribonucléases, qui dégradent l’ARN.

Les composants de l'ARNm comprennent à la fois des régions codantes et non codantes.
Les composants de l’ARNm comprennent à la fois des régions codantes et non codantes.

Les gènes des procaryotes diffèrent dans leur structure de leurs homologues eucaryotes en ce qu’ils n’ont pas d’introns, une zone d’un transcrit d’ARN qui ne code pas pour les protéines. De plus, plusieurs segments de gènes différents formant l’ARN peuvent être connectés très étroitement les uns après les autres. Ceux-ci sont appelés gènes polycistroniques et leur activité peut être régulée par un élément régulateur commun. Ces clusters, appelés opérons, sont transcrits ensemble mais traduits en différentes protéines. Les opérons sont typiques des procaryotes.

Les gènes peuvent muter, c’est-à-dire changer spontanément ou par des influences externes (par exemple par radioactivité). Ces changements peuvent avoir lieu à différents endroits. En conséquence, après une série de mutations, un gène peut exister dans différents états appelés allèles.

Une séquence d’ADN peut également contenir plusieurs gènes qui se chevauchent. Les copies produites au cours de la duplication de gène peuvent être de séquence identique mais toujours être régulées différemment, ce qui entraîne des séquences d’acides aminés différentes sans être des allèles.

Organisation des gènes

Dans tous les organismes vivants, seule une partie de l’ADN code pour les ARN. Les parties restantes de l’ADN sont appelées ADN non codant. Cela fonctionne dans la régulation des gènes et a une influence sur l’architecture des chromosomes.

L’emplacement sur un chromosome où se trouve le gène s’appelle le locus. En outre, les gènes ne sont pas uniformément répartis sur les chromosomes, mais se produisent parfois dans ce qu’on appelle des grappes. De tels groupes peuvent être constitués de gènes situés au hasard à proximité les uns des autres, ou ils peuvent être des groupes de gènes codant pour des protéines fonctionnellement liées. Cependant, les gènes dont les protéines ont des fonctions similaires peuvent également être localisés sur différentes paires de chromosomes.

Il y a des sections sur l’ADN qui codent pour plusieurs protéines différentes. La raison en est le chevauchement des cadres de lecture ouverts.

Activité et régulation des gènes

Les gènes sont “actifs” lorsque leurs informations sont transcrites en ARN, c’est-à-dire lorsque la transcription a lieu. Selon la fonction, l’ARNm, l’ARNt ou l’ARNr est produit. Dans le cas de l’ARNm, une protéine peut être traduite à partir de cette activité.

La régulation génique a lieu en liant et en libérant des protéines, appelées facteurs de transcription, à des régions spécifiques de l’ADN, les soi-disant «éléments régulateurs». À plus grande échelle, ceci est réalisé par méthylation ou «empaquetage» de segments d’ADN en complexes d’histones.

Les éléments régulateurs de l’ADN sont également sujets à des variations. L’influence des changements dans la régulation génique est probablement comparable à l’influence des mutations dans les séquences codant pour les protéines. Avec les méthodes génétiques classiques – en analysant l’hérédité et les phénotypes – les effets de ces mutations dans l’hérédité ne peuvent normalement pas être séparés.

Gènes spéciaux

Gènes ARN dans les virus

Bien que les gènes soient présents sous forme de segments d’ADN dans toutes les formes de vie cellulaires, il existe certains virus dont les informations génétiques sont sous forme d’ARN. Les virus à ARN infectent une cellule, qui commence alors immédiatement à produire des protéines selon les instructions de l’ARN viral; une transcription d’ADN en ARN n’est pas nécessaire. Les rétrovirus, par contre, traduisent leur ARN en ADN lors de l’infection, en utilisant l’enzyme transcriptase inverse.

Pseudogènes

Un gène au sens plus étroit est généralement une séquence nucléotidique qui contient les informations pour une protéine directement fonctionnelle. En revanche, les pseudogènes sont des copies qui ne codent pas pour une protéine fonctionnelle dans toute sa longueur. Souvent, ceux-ci sont le résultat de duplications et / ou de mutations qui, sans sélection, s’accumulent dans le pseudogène et ont perdu leur fonction d’origine. Néanmoins, certains semblent jouer un rôle dans la régulation de l’activité des gènes.

Gènes sautants

Ils sont également connus sous le nom de transposons et sont des sections mobiles de matériel génétique qui peuvent se déplacer librement dans l’ADN d’une cellule. Ils se coupent de leur emplacement d’origine dans le génome et s’insèrent à n’importe quel autre endroit. Les chercheurs ont montré que ces gènes sautants se produisent non seulement dans les cellules reproductrices comme on le supposait auparavant, mais sont également actifs dans les cellules précurseurs nerveuses.

Vous pouvez en savoir plus sur les gènes à partir de ces ressources:

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