L'âge génomique?Une introduction à la génomique humaine

Composition d'ascendance

What is the genome?“It's a shop manual, with an incredibly detailed blueprint for building every human cell.It's a history book - a narrative of the journey of our species through time.It's a transformative textbook of medicine, with insights that will give health care providers new powers to treat, prevent and cure disease.”

Francis Collins

Glossaire

• Génome: la constitution génétique complète d'un organisme, codée dans des acides nucléiques

• Gène: séquence d'ADN discrète codant pour une protéine

3 milliards de paires de bases(ATGC)20000 gènes codant des protéines

99,6% d'identité inter-individuelle (pourtant 4 millions de différences)99% identique au génome chimpanzé (mais 6% de gènes différents)

Le génome humain

2001: Odyssée d’une espèces

Exploration du génome humain

Séquençage Sanger,Séquençage Sanger,GénotypageGénotypage cibléciblé

GénotypageGénotypagegénomique (GWAS)génomique (GWAS)

Exome Exome séquençageséquençage

Séquençage Séquençage du génomedu génome

2002 2008

Projet international HapMap

Identification de la variabilité génétique commune chez 270 individus appartenant à 4 populations

• CEU: CEPH (résidents de l'Utah ayant une ascendance du nord-ouest de l'Europe) (30 trios)

• CHB: Han Chinois à Beijing, Chine (45 individus)• JPT: Japonais à Tokyo, Japon (45 individus)• YRI: Yoruba à Ibadan, Nigeria (30 trios)

Séquençage du génome complet et description complète de la diversité génétique humaine chez

plus de 1000 individus issus de multiples populations du mondewww.1000genomes.org

Projet 1000 génomes

Glossaire

• SNV = variant de nucléotide simple:• Variation de la séquence d'ADN dans laquelle un

seul nucléotide - A, T, C ou G - diffère entre lesmembres de la même espèce

• SNP = polymorphisme d'un seul nucléotide:• = SNV se produisant couramment dans une

population (> 1%)

SNV/SNP

Glossaire

• Allèle: une des nombreuses formes alternatives du même locus génétique (par exemple un SNP)

Glossaire

• Déséquilibre de liaison (DL): association nonaléatoire d'allèles qui descendent simplementd’un chromosomes ancestrales (habituellementproches l'un de l'autre)

• Haplotype: Combinaison d'allèles à des endroitsadjacents sur un chromosome qui sont héritésensemble

Variation Génétique Humaine

Les variations génétiques sont à Les variations génétiques sont à l’origine des différences phénotypiquesl’origine des différences phénotypiques

WiltWilt Chamberlain,Chamberlain,Un célèbre joueur de basketUn célèbre joueur de basket--ball ball

de la NBAde la NBA(214 cm, 125 Kg)(214 cm, 125 Kg)

Willie Willie ShoemakerShoemaker,,Un célèbre jockey de course à Un célèbre jockey de course à

cheval (123 cm; À peine 45 Kg).cheval (123 cm; À peine 45 Kg).

Locus Locus -- Localisation d'un gène / Localisation d'un gène / marqueur sur le chromosome.marqueur sur le chromosome.

AllèleAllèle -- une forme variante d'un gène une forme variante d'un gène / marqueur à un locus particulier./ marqueur à un locus particulier.

Locus1Allèles Possibles : A1,A2

Locus2Allèles Possibles : B1,B2,B3

Terminologie basique

MutationMutation: :

-- VariationsVariations dansdans lala séquenceséquence d'ADNd'ADN (substitutions,(substitutions,délétions,délétions, etcetc..)) quiqui sontsont présentesprésentes àà uneune fréquencefréquenceinférieureinférieure àà 11%% dansdans uneune populationpopulation..

-- PeutPeut produireproduire unun gaingain dede fonctionfonction ouou uneune perteperte dedefonctionfonction..

-- RécentesRécentes etet raresrares..

PolymorphismePolymorphisme: : -- VariationsVariations dansdans lala séquenceséquence d'ADNd'ADN (substitutions,(substitutions,

délétions,délétions, insertion,insertion, etcetc..)) quiqui sontsont présentesprésentes àà uneunefréquencefréquence supérieuresupérieure àà 11%% dansdans uneune populationpopulation..

-- OntOnt unun effeteffet faiblefaible ouou aucunaucun effeteffet dudu touttout..-- AncienAncien etet communescommunes..

Une terminologie un peu plus basique

Quelques faits Quelques faits Chez l'homme, 99,9% des bases sont identiquesChez l'homme, 99,9% des bases sont identiques Reste 0,1% rend une personne unique Reste 0,1% rend une personne unique Différents attributs / caractéristiques / traitsDifférents attributs / caractéristiques / traits

Apparence physique d’une personneApparence physique d’une personne Maladies qu'il elle) développeraMaladies qu'il elle) développera

Ces variations peuvent être:Ces variations peuvent être: Inoffensif (changement de phénotype)Inoffensif (changement de phénotype) NocifNocif (diabète,(diabète, cancer,cancer, maladiemaladie cardiaque,cardiaque, maladiemaladie dede

HuntingtonHuntington etet hémophilie)hémophilie) LatentesLatentes (variations(variations trouvéestrouvées dansdans lesles régionsrégions codantescodantes etet

régulatrices,régulatrices, nene sontsont paspas nuisiblesnuisibles parpar elleselles--mêmesmêmes etet lelechangementchangement dansdans chaquechaque gènegène nene devientdevient apparentapparent queque soussouscertainescertaines conditions,conditions, parpar exempleexemple lala susceptibilitésusceptibilité àà uneune crisecrisecardiaque)cardiaque)

"Single "Single nucleotidenucleotide substitution":substitution": remplacement remplacement d’un nucléotide avec un autred’un nucléotide avec un autreMicrosatellitesMicrosatellites ouou minisatellitesminisatellites:: CesCes répétitionsrépétitionsenen tandemtandem présententprésentent souventsouvent desdes niveauxniveauxélevésélevés dede polymorphismepolymorphisme interinter-- etet intraintra--spécifiquespécifiqueDélétionsDélétions ouou insertionsinsertions:: perteperte ouou additionaddition d’und’un ououplusieursplusieurs nucléotidesnucléotidesModificationsModifications dudu nombrenombre dede chromosomes,chromosomes, desdesréarrangementsréarrangements segmentairessegmentaires etet desdes délétionsdélétions

Différents types de variations génétiques

Les SNP apparaissent au moins une fois par intervalle moyende 0,3 à 1 kb. Compte tenu de la taille du génome humainentier (3,2 x 109 pb), Le nombre total de SNPs est d'environ5-10 millions

Les microsatellites potentiellement polymorphes sont plusde 100000 à travers le génome humain

Le nombre des insertions/délétions est très difficiles àquantifier et le nombre est susceptible de varier entre celuides SNP et celui des microsatellites

Combien de variations en moyenne sont présentes dans le génome humain?

Comment trouvonsComment trouvons--nous des nous des variations de séquence?variations de séquence?

• Examiner plusieurs séquences dela même région du génome

• Utiliser des valeurs de qualité de base pourdécider si les incompatibilités sont devéritables polymorphismes ou des erreursde séquençage

AGGAAAAGAACATAACAAGAACTATTTTTCGCCCGAACTC B6AGGAAAAGAACATAACAAGGACTATTTTTCGCCCGAACTC C3H

B6

C3H

: Codant non synonyme

Variations génétiques humainesVariations génétiques humaines

Type le plus abondant:SNPs - Polymorphismes à un seul nucléotide

GATTTAGATCGCGATAGAGGATTTAGATCTCGATAGAG

^Environ 90% de toutes les variations

génétiques humaines

Quelle est la différence entre un Quelle est la différence entre un

SNP et une mutation?SNP et une mutation?

Pour qu'une variation soit considérée comme un SNP,

Elle doit se produire dans au moins 1% de la population.

Cycle de vie d’un SNP (un long Cycle de vie d’un SNP (un long chemin de la mutation à SNP)chemin de la mutation à SNP)

Apparence d’unenouvelle variante

Par mutation Survie de l’allèle rare

Augmentation de la fréquence des allèlesAprès expansion de la population

Nouvel allèle fixé dans la population comme un nouveau polymorphisme

Les SNP se produisent tous les Les SNP se produisent tous les 300 à 1000 300 à 1000 bases bases dans le génome humain;dans le génome humain;

Deux SNP sur trois Deux SNP sur trois impliquent le remplacement de impliquent le remplacement de la cytosine la cytosine (C) (C) par la thymine par la thymine (T)(T);;

LesLes SNPSNP peuventpeuvent sese produireproduire dansdans lesles régionsrégionscodantescodantes (gènes)(gènes) etet nonnon codantescodantes dudu génomegénome;;

BeaucoupBeaucoup dede SNPSNP n'ontn'ont aucunaucun effeteffet sursur lala fonctionfonctioncellulaire,cellulaire, maismais d'autresd'autres pourraientpourraient prédisposerprédisposer leursleursporteursporteurs àà desdes maladiesmaladies ouou influencerinfluencer leursleursréponsesréponses auxaux médicamentsmédicaments..

Informations de base sur les SNP

TransitionsTransitions PurinePurine en en purinepurine ouou pyrimidinepyrimidine en en pyrimidinepyrimidine AA en en GG ouou GG en en AA TT en en CC ouou CC en en TT

TransversionsTransversions PurinePurine en en pyrimidinepyrimidine ouou pyrimidinepyrimidine en en purinepurine

Modifications d’une base unique

Bases de DonnéesBases de DonnéesSNPSNP

•NCBI dbSNPhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/SNP/index.html

•Human Genome Variation Database (HGVbase)http://hgvbase.org/

International HapMap Project http://snp.cshl.org/

1.1. SNPsSNPs dans régions Codantesdans régions Codantes

Synonymes:Synonymes: Lorsque des substitutions de base unique ne provoquent pas de Lorsque des substitutions de base unique ne provoquent pas de modification de l'acide aminé codé modification de l'acide aminé codé

NonNon--synonymes: quand des substitutions de base unique provoquent une synonymes: quand des substitutions de base unique provoquent une modification de l'acide aminé codémodification de l'acide aminé codé

2.2. NonNon--codant codant SNPsSNPs : : Qui influencent l'expression Qui influencent l'expression des gènesdes gènes

3.3. NonNon--codant codant SNPsSNPs silencieuxsilencieux

Classification des SNPs

Les SNP sont utilisés commemarqueurs génétiques pouridentifier les gènes responsablesde la susceptibilité à la maladieou des gènes responsables d’untrait particulier.

SNPs comme marqueurs de cartographie génétique