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GĂ©nome mitochondrial humain

Le génome mitochondrial humain désigne le matériel génétique des mitochondries, propre à l'espÚce humaine.

En génétique des populations et en théorie de l'évolution, ce génome est particuliÚrement étudié, car il permet de remonter des lignées féminines puisqu'il n'est transmis que par la mÚre (contrairement au chromosome Y humain qui n'est transmis que par les pÚres)

Ce génome est particuliÚrement étudié en médecine, notamment dans le cadre des maladies génétiques, car il permet de retracer l'origine familiale d'une maladie.

Caractéristiques

L’ADN mitochondrial est prĂ©sent dans la matrice des mitochondries. C’est une molĂ©cule qui peut ĂȘtre circulaire (Ă©pisome), linĂ©aire, branchĂ©e, gĂ©nĂ©ralement sans intron (il existe cependant quelques rares introns autoĂ©pissables chez les champignons et les levures). Sa taille et son contenu en gĂšnes varient d'une espĂšce Ă  l'autre. Chez les animaux supĂ©rieurs, cette taille varie habituellement entre 15 000 et 24 000 paires de bases, mais peut ĂȘtre 10 Ă  100 fois plus grande chez les champignons et les plantes. Bien que la taille de l'ADN mitochondrial soit extrĂȘmement variable, il ne contient rĂ©ellement que peu de gĂšnes codant des protĂ©ines. Chez l'ĂȘtre humain, elle est formĂ©e de 2 brins. ConstituĂ©e de 16 569 paires de bases, sa masse est de 107 daltons. C’est un ADN trĂšs petit par rapport aux 3 milliards de paires de bases de l’ADN nuclĂ©aire des cellules humaines. Sa quantitĂ© chez un ĂȘtre humain est non nĂ©gligeable car une cellule possĂšde environ 2 000 mitochondries et une mitochondrie contient environ 2 Ă  4 molĂ©cules d’ADN mt. Au total, on dĂ©nombre environ 4 000 molĂ©cules d’ADN mt par cellule. L'ADN mitochondrial Ă©volue extrĂȘmement rapidement, mĂȘme au sein d'une mĂȘme espĂšce grĂące Ă  ses mĂ©canismes de recombinaison homologue.

GÚnes portés par cet ADN

Organisation de l'ADN mitochondrial de l'Homme.

L'ADN mitochondrial est occupé par des séquences codantes et quelques introns et ne contient aucune séquence répétée. Il est transcrit initialement sous la forme de 2 ARN qui sont ensuite clivés au niveau des ARNt. Toutes les protéines impliquées dans la protéosynthÚse sont codées par des gÚnes nucléaires. L'ADN mitochondrial (37 gÚnes) code 22 ARNt, 2 ARNr et 13 protéines membranaires impliquées dans la production d'énergie par la mitochondrie :

l’ADN mitochondrial dispose un systĂšme de rĂ©paration mais qui est incomplet . Également, la moitiĂ© des protĂ©ines mitochondriales codĂ©es par le gĂ©nome nuclĂ©aire seraient spĂ©cifiques d'un tissu.

Table des 37 gÚnes de l'ADN mitochondrial humain et de leur localisation dans la séquence de référence de Cambridge.
GĂšne Type Produit Positions
dans le mitogénome
Brin
MT-ATP8 Code une protéine ATP synthase, Fo sous-unité 8 (complexe V) 08 366 - 08 572 (chevauchement avec MT-ATP6) H
MT-ATP6 Code une protéine ATP synthase, Fo sous-unité 6 (complexe V) 08 527 - 09 207 (chevauchement avec MT-ATP8) H
MT-CO1 Code une protéine Cytochrome c oxydase, sous-unité 1 (complexe IV) 05 904 - 07 445 H
MT-CO2 Code une protéine Cytochrome c oxydase, sous-unité 2 (complexe IV) 07 586 - 08 269 H
MT-CO3 Code une protéine Cytochrome c oxydase, sous-unité 3 (complexe IV) 09 207 - 09 990 H
MT-CYB Code une protéine Cytochrome b (complexe III) 14 747 - 15 887 H
MT-ND1 Code une protéine NADH déshydrogénase, sous-unité 1 (complexe I) 03 307 - 04 262 H
MT-ND2 Code une protéine NADH déshydrogénase, sous-unité 2 (complexe I) 04 470 - 05 511 H
MT-ND3 Code une protéine NADH déshydrogénase, sous-unité 3 (complexe I) 10 059 - 10 404 H
MT-ND4L Code une protéine NADH déshydrogénase, sous-unité 4L (complexe I) 10 470 - 10 766 H
MT-ND4 Code une protéine NADH déshydrogénase, sous-unité 4 (complexe I) 10 760 - 12 137 (chevauchement avec MT-ND4L) H
MT-ND5 Code une protéine NADH déshydrogénase, sous-unité 5 (complexe I) 12 337 - 14 148 H
MT-ND6 Code une protéine NADH déshydrogénase, sous-unité 6 (complexe I) 14 149 - 14 673 L
MT-RNR2 Code une protĂ©ine Humanine — —
MT-TA ARN de transfert ARNt-Alanine (Ala ou A) 05 587 - 05 655 L
MT-TR ARN de transfert ARNt-Arginine (Arg ou R) 10 405 - 10 469 H
MT-TN ARN de transfert ARNt-Asparagine (Asn ou N) 05 657 - 05 729 L
MT-TD ARN de transfert ARNt-Acide aspartique (Asp ou D) 07 518 - 07 585 H
MT-TC ARN de transfert ARNt-Cystéine (Cys ou C) 05 761 - 05 826 L
MT-TE ARN de transfert ARNt-Acide glutamique (Glu ou E) 14 674 - 14 742 L
MT-TQ ARN de transfert ARNt-Glutamine (Gln ou Q) 04 329 - 04 400 L
MT-TG ARN de transfert ARNt-Glycine (Gly ou G) 09 991 - 10 058 H
MT-TH ARN de transfert ARNt-Histidine (His ou H) 12 138 - 12 206 H
MT-TI ARN de transfert ARNt-Isoleucine (Ile ou I) 04 263 - 04 331 H
MT-TL1 ARN de transfert ARNt-Leucine (Leu-UUR ou L) 03 230 - 03 304 H
MT-TL2 ARN de transfert ARNt-Leucine (Leu-CUN ou L) 12 266 - 12 336 H
MT-TK ARN de transfert ARNt-Lysine (Lys ou K) 08 295 - 08 364 H
MT-TM ARN de transfert ARNt-MĂ©thionine (Met ou M) 04 402 - 04 469 H
MT-TF ARN de transfert ARNt-Phenylalanine (Phe ou F) 00 577 - 00 647 H
MT-TP ARN de transfert ARNt-Proline (Pro ou P) 15 956 - 16 023 L
MT-TS1 ARN de transfert ARNt-SĂ©rine (Ser-UCN ou S) 07 446 - 07 514 L
MT-TS2 ARN de transfert ARNt-SĂ©rine (Ser-AGY ou S) 12 207 - 12 265 H
MT-TT ARN de transfert ARNt-Thréonine (Thr ou T) 15 888 - 15 953 H
MT-TW ARN de transfert ARNt-Tryptophane (Trp ou W) 05 512 - 05 579 H
MT-TY ARN de transfert ARNt-Tyrosine (Tyr ou Y) 05 826 - 05 891 L
MT-TV ARN de transfert ARNt-Valine (Val ou V) 01 602 - 01 670 H
MT-RNR1 ARN ribosomique Petite sous-unité : SSU (12S) 00 648 - 01 601 H
MT-RNR2 ARN ribosomique Grande sous-unité : LSU (16S) 01 671 - 03 229 H

Des mutations dans ces gÚnes sont à l'origine de maladies génétiques rares, dont la transmission est maternelle.

Utilisations

L'avantage d'utiliser l'ADN mitochondrial pour l'analyse de filiation, rĂ©side dans le fait que les mitochondries sont transmises uniquement par la mĂšre, par hĂ©rĂ©ditĂ© cytoplasmique. À chaque gĂ©nĂ©ration il n'y a donc pas de recombinaison gĂ©nĂ©tique. Cela permet donc de suivre des populations en comparant le degrĂ© de similaritĂ© de leur ADN mitochondrial.

De plus, chez l’humain, il ne compte que 37 gĂšnes (alors que l’ADN humain en compte quelque 25 000). Il est en gĂ©nĂ©ral mieux conservĂ© et Ă©videmment, beaucoup plus vite dĂ©codĂ©. En effet, contrairement Ă  l’ADN humain qui est un assemblage de la moitiĂ© des gĂšnes de la mĂšre et de la moitiĂ© des gĂšnes du pĂšre (donc du quart de chaque grand-parent ou encore du huitiĂšme de chaque arriĂšre-grand-parent, etc.) rendant trĂšs difficile l’établissement de la filiation au-delĂ  de quelques gĂ©nĂ©rations, l’ADN mitochondrial n’est normalement transmis que par la mĂšre, qui le tient elle-mĂȘme de sa mĂšre qui le tient de la sienne, etc. Cela simplifie donc Ă©normĂ©ment l’étude des filiations mĂšre-enfant et la datation des lignĂ©es. L’ADN mitochondrial des mĂąles provient de leur mĂšre et n’est normalement pas transmis Ă  la gĂ©nĂ©ration suivante.

Il y a 2 régions hyper-variables HV1 et HV2 dans les séquences d-loop. Leur comparaison entre différents individus est intéressante du point de vue de l'évolution trÚs récente des humains, mais aussi pour distinguer des lignées différentes, et résoudre des problÚmes de filiation ou en identification de restes humains et d'auteur de crimes. Ces études nécessitent un séquençage de ces régions.

Dans l'étude des migrations et des origines de 'Homo sapiens', certaines caractéristiques de l'ADN mitochondrial en font un matériel de choix pour essayer de comprendre l'origine des populations humaines :

  • C'est un ADN abondant dans les cellules, puisqu'il se retrouve Ă  des milliers d'exemplaires par cellule, alors que chaque gĂšne du noyau n'est prĂ©sent, lui, qu'en 2 exemplaires (non identiques) par cellule. Ainsi, pour Ă©tudier des restes fossiles, en ciblant spĂ©cifiquement l'ADN mitochondrial, les palĂ©ogĂ©nĂ©ticiens multiplient les chances de rĂ©ussir Ă  mettre la main sur un bout d'information encore conservĂ©e[1].
  • La vitesse de mutation est plus importante que dans le gĂ©nome nuclĂ©aire, ce qui permet d'Ă©tudier des Ă©volutions rĂ©centes comme c'est le cas pour la rĂ©cente origine de Homo sapiens.

Origine des humains modernes

Ainsi des Ă©tudes rĂ©centes ont montrĂ© que toutes les mitochondries humaines dans le monde ont une origine commune datĂ©e d'environ −150 000 ans, en Afrique. C'est la thĂ©orie de l'Ève mitochondriale.

Relation entre les humains et les Hommes de NĂ©anderthal

De plus, de l'ADNmt vieux de plus de 30 000 ans analysĂ© dans les os de l'homme de NĂ©anderthal et comparĂ© avec de l'ADNmt humain, a permis de montrer que cette espĂšce n'est pas un ancĂȘtre des humains actuels par la lignĂ©e fĂ©minine. Il est maintenant prouvĂ© par le palĂ©obiologiste Svante PÀÀbo qu'entre 1 % et 4 % du gĂ©nome des europĂ©ens et asiatiques actuels provient de mĂ©tissages avec NĂ©anderthal[2]. Les mĂ©tissages semblent aussi avoir eu lieu Ă  diffĂ©rentes Ă©poques[3]. Comme ce mĂ©tissage n'a pas Ă©tĂ© trouvĂ© pour le moment dans le gĂ©nome mitochondrial, on peut donc en dĂ©duire que les ancĂȘtres nĂ©andertaliens sont Ă  priori des hommes et pas des femmes... ou qu'une Ă©ventuelle lignĂ©e des femmes porteuses d'ADN mitochondrial nĂ©andertalien ait Ă©tĂ© interrompue par une absence de fille, autrement dit seulement des fils.

IntĂ©rĂȘt historique et recherche de filiation

  • Les restes du Tsar Nicolas II et de sa famille ont Ă©tĂ© identifiĂ©s en comparant l'ADNmt des restes trouvĂ©s Ă  Iekaterinbourg avec celui du Prince Philip (dont la grand-mĂšre maternelle Ă©tait la sƓur de la tsarine Alexandra). L'identification est sĂ»re Ă  99 %.
  • Confirmation de l'authenticitĂ© de la relique appartenant au jeune Louis XVII.

ADNmt et enquĂȘte policiĂšre

Il existe plusieurs copies d'ADNmt par mitochondries, et le nombre de mitochondries est important dans une cellule. Donc l'ADNmt est en quantité suffisante pour faire des investigations en médecine légale ou en paléontologie. Mais comme la fréquence des différents allÚles mitochondriaux est importante dans les populations (un grand nombre d'individus portent des séquences identiques), il ne permet que d'exclure un suspect, mais jamais d'en identifier un. Par contre, il est utilisé pour établir l'identité d'une personne décédée, en comparant son ADNmt avec celui de la mÚre présumée de la victime.

Notes et références

  1. « Ce Neandertal qui vit en nous », Books, no 61,‎ , p. 24-39 (ISSN 1967-7375)
  2. François savatier, « Un mĂ©tissage tardif entre sapiens et nĂ©andertal en Europe », Pour la Science,‎ (lire en ligne)

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes


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