Un aperçu de la génétique et les maladies

Genetics
 

Summary

Plusieurs maladies humaines sont associées à des mutations ou variations de séquences génétiques. Certaines de ces variantes génétiques sont héréditaires, transmise de génération en génération, tandis que d’autres surviennent sporadiquement au cours de la vie d’un organisme et provoquent des maladies comme le cancer. Les chercheurs tentent d’identifier et de caractériser ces altérations génétiques dans l’espoir d’améliorer le diagnostic et les options thérapeutiques pour les patients.

Dans cette vidéo, nous examinerons l’histoire de la recherche sur les maladies génétiques et explorer les questions clées posées par les généticiens médicaux. Différents outils utilisés pour identifier les bases génétiques de maladies sont ensuite examinés, notamment techniques de génotypage et études d’association pangénomique (GWAS). Enfin, plusieurs exemples actuels de recherche en génétique médicale sont présentées.

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JoVE Science Education Database. Genetics. Un aperçu de la génétique et les maladies. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Plusieurs maladies humaines ont une composante génétique, ce qui signifie qu’elles sont causées par les variations ou les mutations de l’ADN d’une personne. Les maladies génétiques héréditaires sont ceux qui peuvent être transmis de génération en génération, mais pas toutes les maladies génétiques sont héréditaires, y compris de nombreux types de cancer. En découvrant et caractérisation des gènes associés à la maladie, scientifiques et cliniciens espèrent améliorer les diagnostics et les traitements pour les patients.

Cette vidéo va présenter un bref historique des maladies génétiques, introduire des questions clées posées par les généticiens, décrivent certains outils pour répondre à ces questions et discuter de quelques applications courantes.

Commençons par examiner certaines études de point de repère dans l’histoire de la recherche sur les maladies génétiques.

En 1803, John Conrad Otto a publié un article décrivant une coagulation de trouble qui a touché principalement les hommes. Otto a reconnu que cette maladie a couru dans certaines familles, mais c’est John Hay qui a défini son modèle d’héritage en 1813, montrant que hommes touchés pourraient se transmettre la maladie à leurs petits-enfants par filles pas affectées. Aujourd'hui, cette maladie est connue comme l’hémophilie, et nous savons maintenant qu'elle est causée par des mutations récessives dans un gène spécifique situés sur le chromosome x des facteurs de coagulation. Parce que les femmes ont normalement deux chromosomes, mais les mâles ont seulement un, les femmes qui héritent d’une copie mutée du gène sont en bonne santées, mais les mâles dont la mutation seront manifeste la maladie.

En 1896, Archibald Garrod a découvert une maladie héréditaire rare appelée alcaptonurie, où l’urine des patients tourné noir lorsqu’il est exposé à l’air. Il a émis l’hypothèse que ces personnes n’avaient pas une enzyme impliquée dans la dégradation chimique des protéines et suggéré que semblables « erreurs innées du métabolisme » pourraient être la cause de nombreuses maladies héréditaires.

S’appuyant sur les travaux de Garrod, en 1941, George Beadle et Edward Tatum mené des expériences avec moule à pain de regarder comment les enzymes agissent dans des voies métaboliques. Leur proposition qu’un gène spécifie la production d’une enzyme, pour contrôler une étape d’une voie métabolique, est devenu connue comme le « un gène, hypothèse une enzyme ».

En 1966, Victor McKusick, le « père de la génétique médicale » pionnier de l’étude des maladies génétiques rares en populations isolées, compilé et publié Un héritage mendélien chez l’homme, le catalogue définitif de maladies héréditaires qui continue d’être mise à jour.

Alors que beaucoup de scientifiques a étudié les maladies héréditaires, d’autres ont cherché la base génétique des maladies que sporadiquement, comme le cancer. En 1976, John Michael Bishop et Harold Varmus a démontré que « oncogènes » sont les gènes qui ont été mutés de telle sorte que leurs protéines codées acquièrent les fonctionnalités nouvelles ou améliorées. Ces mutations « gain de fonction » entraînent souvent la prolifération cellulaire incontrôlée, une caractéristique essentielle du cancer.

Au sein de la même décennie, Alfred Knudson a découvert que les autres gènes, appelés les suppresseurs de tumeur, contribuent uniquement au cancer lors de mutations dans les deux copies du gène conduit à la « perte de fonction » de la protéine codée. Idée de Knudson est devenu connue comme le « hypothèse de deux-hit ».

En 1983, des progrès importants vers la localisation des gènes pathogènes ont été faites lorsque James Gusella utilisé régulièrement espacées, très variables des segments d’ADN appelées polymorphisme de longueur de fragments de restriction pour mapper le gène de la maladie de Huntington sur le chromosome 4.

Afin de faciliter ce processus de cartographie génétique, en 1990, un consortium international de scientifiques a lancé le projet du génome humain pour séquencer l’ensemble de l’ADN chez l’homme. Ce projet a été substantiellement achevé en 2004.

Un an plus tard, la diffusion des données a commencé du projet International HapMap, dont le but est de créer une carte du génome des variantes de séquence entre les différentes populations humaines. Maintenant, ces données permettent aux chercheurs de tester des associations entre les variantes génétiques et les maladies courantes. Avec le développement de technologies de séquençage haut-débit, accompagné par jamais réduire les coûts, l’utilisation du séquençage de détecter des mutations pathogènes chez les patients est de plus en plus réalité.

Après avoir examiné quelques faits historiques marquants, nous allons examiner quelques questions fondamentales en génétique médicale.

Tout d’abord, de nombreux généticiens veulent savoir si certaines maladies sont contrôlées par des facteurs génétiques. Pour commencer, ils peuvent se tourner pour preuve que la maladie peut être héritée, en utilisant des approches classiques, tels que l’étude de familles ou frères et sœurs. Ces études sont aussi puissants pour déterminer si la maladie est monogénique ou mendélienne, qui signifie qu’il est causé par des mutations dans un gène unique ; ou est le sens multifactorielle ou complexe, qu'elle est causée par plusieurs facteurs génétiques et environnementaux.

La génétique des maladies complexes, comme la maladie de Parkinson ou la maladie cardiaque, est particulièrement difficile de distinguer et de nombreux chercheurs tentent d’utiliser des études à grande échelle parmi les populations d’identifier des variants génétiques associés à ces maladies. Deux modèles concurrents de forme comment les scientifiques s’attaquer à la question. La « variante de la maladie/commun commun » hypothèse suggère l’implication de nombreux variants génétiques qui sont fréquentes dans la population, chacune ayant qu’un impact modeste, alors que l’hypothèse de la « variante rare multiples » plaide pour l’importance des variantes relativement rares avec des effets importants.

Enfin, les généticiens également étudier comment les différentes techniques de génétique peut être utilisé dans le diagnostic clinique. Ils peuvent examiner des façons de réduire le plus possible le patient ADN requis pour les tests, ou afin d’optimiser la purification d’ADN provenant d’échantillons facilement accessibles, comme la salive ou de sang, d’évaluer les facteurs de risque de maladie.

Maintenant que vous savez que certaines des questions clées posées par les généticiens, regardons les techniques qu’ils utilisent pour trouver des réponses.

Le génotypage des polymorphismes mononucléotidiques ou SNP, est une des approches plus couramment utilisés pour identifier des variations de séquence de l’ADN dans une population. Différences de nucléotides peuvent être détectées en hybridant des fragments d’ADN à des oligonucléotides complémentaires, soit en utilisant des enzymes de restriction hautement spécifiques pour générer des fragments de tailles différentes.

Axée sur le séquençage de génotypage est une autre approche commune pour la recherche de mutations causales. La méthode de Sanger classique repose sur l’incorporation de nucléotides marqués, chaîne par polymérase d’ADN lors de la réplication in vitro et est régulièrement utilisée lorsqu’un gène candidat est connu.

Pour analyses à l’échelle plus grandes, le séquençage haut débit nouvelle génération peut servir à générer des nombres massifs de courtes séquences qui peuvent alors être comparées à un génome de contrôle affectés à identifier les mutations associées à la maladie.

Pour les maladies complexes, études d’association pangénomique ou GWAS, sont utilisés pour identifier des SNP avec différentes fréquences dans touchés et contrôler les populations de sujets indépendants. Une fréquence plus élevée d’un SNP dans les populations touchées suggère un lien entre la variante et la maladie.

Enfin, diverses techniques de cytogénétique peuvent de détecter des variations structurelles au sein du génome qui pourraient entraîner des maladies. Chromosomes entiers peuvent être colorés pour former un caryotype pour identifier les changements dans la structure ou de nombre. Alternativement, fluorescence in situ hybridation utilise des sondes oligonucléotidiques marquées de visualiser des séquences d’ADN spécifiques.

Maintenant que vous êtes familiarisé avec certaines méthodes utilisées dans la découverte de gènes, regardons leurs applications dans la recherche sur les maladies.

Une approche pour l’identification des mutations pathogènes consiste à combiner l’étude de la généalogie familiale avec le séquençage. Dans cette étude, variants génétiques ont été détectés chez des patients de schizophrénie par séquençage des gènes candidats. Ces mutations ont été classées comme spontanée, ou de novo, puisqu’ils n’étaient pas hérités.

Une autre application consiste à relier des variants génétiques rares à des maladies complexes au moyen d’études de l’association. Ici, les génomes regroupées chercheurs d’environ 1 000 individus et séquençage de génération utilisé pour détecter les mutations dans 32 gènes liés au cancer. La technique de séquençage regroupées identifié des variants rares connus et nouveaux, y compris celles qui ont été trouvés avec des techniques comparables comme GWAS.

Enfin, la technologie de séquençage est maintenant utilisée pour informer les nombreux diagnostics cliniques. Dans cette expérience, les enquêteurs extraites et fragmentée de l’ADN des tumeurs. Tous les exons codant pour des protéines ont été isolées puis liez-les aux oligonucléotides complémentaires chimiquement étiquetés et à l’aide de protéines avec une haute affinité pour les balises de capturer et de recueillir ces complexes ADN. L’ADN capturé était ensuite séquencé et par rapport à des échantillons témoins sains afin d’identifier les mutations causant le cancer.

Vous avez juste regardé introduction de JoVE aux gènes et aux maladies. Dans cette vidéo, nous avons examiné l’histoire de la génétique médicale, questions clées posées par les généticiens, les stratégies d’éminents chercheurs et certaines de leurs applications actuelles. Merci de regarder !

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