La conservation des génomes : stabilité génétique et évolution clonale

En enseignement de spécialité de la classe de première, les élèves ont appris que la succession de mitoses produit un clone, c’est-à-dire un ensemble de cellules, toutes génétiquement identiques, aux mutations près. Ces clones sont constitués de cellules séparées (cas des nombreuses bactéries ou de nos cellules sanguines) ou associées de façon stable (cas des tissus solides).

En l’absence d’échanges génétiques avec l’extérieur, la diversité génétique dans un clone résulte de l’accumulation de mutations successives dans les différentes cellules. Tout accident génétique irréversible (perte de gène par exemple) devient pérenne pour toute la lignée (sous-clone) qui dérive du mutant.

Activité : les conséquences d’un accident génétique au sein d’un clone

Activité : estimer le nombre de mutation au cours de la vie d'un humain

À venir

Chapitre : la conservation des génomes : stabilité génétique et évolution clonale

I – Conservation du génome au cours du cycle cellulaire

Au cours d’un cycle cellulaire, l’alternance réplication/mitose permet de conserver le génome de l’individu de génération en génération :

A – La réplication

La réplication permet la création d’une copie de la molécule d’ADN constituant chaque chromosome ;

B – La mitose

La mitose répartit équitablement ces deux copies dans chacune des deux cellules filles.

Ainsi, le nombre des chromosomes de chaque cellule et l’information génétique qu’ils portent sont conservés au cours des génération cellulaires.

II – Les clones cellulaires

A – Définition

L’ensemble des cellules formées à partir de la mitose d’une cellule initiale est nommé clone. Par exemple, toutes les cellules de levures issues de la multiplication d’une levure initiale constituent un clone.

B – Variabilité génétique au sein d’un clone

Les analyses génétiques montrent que les cellules clonales, bien que très proches génétiquement, ne sont pas toutes identiques. En effet, des mutations peuvent se produire lors de la réplication qui précède chaque mitose.

Au sein d’un clone, toute mutation qui apparaît dans une cellule est transmise à l’ensemble des cellules qui en sont issues. Ces cellules, qui diffèrent légèrement génétiquement des autres cellules du clone, forment un sous-clone.

C – Organisation des cellules clonales

Les cellules clonales peuvent être physiquement indépendantes (levures, cellules sanguines) ou associées de façon stable via une matrice extracellulaire, au sein d’un tissu solide.

III – Cas particulier des cellules tumorales

A – Clones tumoraux

Les cellules d’une tumeur forment un clone qui n’est pas homogène génétiquement. Des mutations affectent les différentes cellules tumorales, à l’origine de sous-clones qui permettent une évolution de la tumeur.

B – Mutations des séquences régulatrices

Certaines mutations touchent des sites régulateurs, situés en amont de la séquence codante des gènes. Lorsque l’action de facteurs de transcription est modifiée à la suite de ces mutations, la transcription du gène correspondant l’est aussi (ex. du gène TERT). Or, la production plus ou moins intense des ARNm du gène conditionne la quantité de protéines produites : les mutations des sites régulateurs des gènes peuvent donc avoir un impact sur le phénotype, bien qu’elles n’entraînent aucune modification de la séquence protéique.

C – Exemple du gène TERT

Dans le cas du gène TERT, la modification de la séquence régulatrice peut aboutir à une augmentation de son expression et donc à l’acquisition de la capacité de division indéfinie, propriété essentielle des cellules cancéreuses.

Chapitre : la conservation des génomes : stabilité génétique et évolution clonale

I. Conservation du génome au cours du cycle cellulaire

• Réplication : copie de chaque molécule d’ADN → double exemplaire de chaque chromosome.

• Mitose : répartition équitable des copies → 2 cellules filles génétiquement identiques.

• Nombre de chromosomes et information génétique conservés d’une génération cellulaire à l’autre.

II. Les clones cellulaires

A. Définition

• Clone = ensemble de cellules issues des mitoses successives d’une cellule initiale.

B. Variabilité génétique

• Mutations possibles lors de la réplication.

• Mutation transmise à toutes les cellules issues → formation d’un sous-clone.

C. Organisation clonale

Cellules clonales :

• indépendantes (levures, cellules sanguines)

• ou associées via matrice extracellulaire (tissu solide).

III. Cas particulier : cellules tumorales

A. Clones tumoraux

• Tumeur = clone cellulaire hétérogène.

• Multiples mutations → apparition de sous-clones → évolution tumorale.

B. Mutations régulatrices

• Touchent séquences régulatrices (amont gènes).

• Modifient fixation des facteurs de transcription.

• Changent l’intensité de transcription → variation quantité de protéines.

• Impact sur phénotype sans modifier la séquence codante.

C. Exemple : gène TERT

• Mutation séquence régulatrice → surexpression TERT.

• Confère aux cellules la capacité de division indéfinie → caractère majeur des cellules cancéreuses.

À venir

• Cytogénéticien·ne (Bac+8 minimum) : il analyse les chromosomes et les anomalies génétiques dans les cellules humaines. Ses travaux permettent de détecter des mutations ou des réarrangements chromosomiques responsables de cancers ou de maladies génétiques.

• Oncologue médical (Bac+9 minimum) : médecin spécialisé dans le diagnostic et le traitement des cancers. Il s’appuie sur la compréhension de l’évolution clonale des cellules tumorales pour choisir les thérapies adaptées (chimiothérapie, immunothérapie, thérapies ciblées).

• Technicien·ne en analyses biomédicales (Bac+2/3 minimum) : il réalise en laboratoire des examens de cytologie, de biologie moléculaire ou de culture cellulaire. Ses analyses participent à la détection de mutations et au suivi des patients atteints de cancers.

Quel est le rôle de la réplication de l’ADN ?

A) Créer de nouveaux chromosomes à partir de protéines

B) Produire deux copies identiques de chaque molécule d’ADN

C) Mélanger l’ADN pour augmenter la variabilité génétique

D) Supprimer les mutations apparues dans le génome

Que permet la mitose ?

A) La création de gamètes haploïdes

B) La répartition équitable des copies d’ADN dans les cellules filles

C) L’apparition de nouvelles combinaisons génétiques

D) La formation de clones génétiquement différents

Comment définit-on un clone cellulaire ?

A) Un ensemble de cellules issues de méiose

B) Un ensemble de cellules issues de la mitose d’une cellule initiale

C) Un ensemble de cellules différentes par leur ADN

D) Un ensemble de cellules indépendantes génétiquement

Pourquoi des cellules d’un même clone ne sont-elles pas toujours strictement identiques ?

A) Parce que la mitose modifie l’ADN

B) Parce que des mutations peuvent survenir lors de la réplication

C) Parce qu’elles expriment toutes les mêmes gènes

D) Parce qu’elles subissent toutes la méiose

Qu’est-ce qu’un sous-clone ?

A) Un groupe de cellules qui a perdu son ADN

B) Des cellules d’un clone qui ont accumulé les mêmes mutations

C) Un type particulier de clone uniquement observé dans les tumeurs

D) Des cellules clonales n’ayant pas subi la réplication

Comment peuvent s’organiser les cellules clonales ?

A) Toujours de manière indépendante

B) Uniquement dans les tissus solides

C) Soit indépendantes (ex. levures), soit associées via une matrice extracellulaire

D) Toujours en sous-clones

Pourquoi une tumeur n’est-elle pas génétiquement homogène ?

A) Parce qu’elle est formée par plusieurs individus différents

B) Parce que les cellules tumorales accumulent des mutations et forment des sous-clones

C) Parce que la mitose y est absente

D) Parce qu’elle contient uniquement des cellules saines

Quelles mutations peuvent modifier l’expression d’un gène sans changer la protéine produite ?

A) Mutations silencieuses de la séquence codante

B) Mutations des séquences régulatrices en amont du gène

C) Mutations dans les introns toujours éliminés

D) Mutations des ARNm après traduction

Dans le cas du gène TERT, quelle conséquence peut avoir une mutation de la séquence régulatrice ?

A) Une perte de la capacité de division

B) Une augmentation de son expression et une division indéfinie des cellules

C) Une disparition complète du gène

D) Une production d’ARNm mais sans protéine

• Comment la compréhension de l’évolution clonale des tumeurs permet-elle d’améliorer les thérapies anticancéreuses ?

• Peut-on imaginer un jour un traitement qui empêche totalement l’accumulation des mutations dans les cellules humaines ?

• L’immortalité cellulaire (observée dans certains cancers) peut-elle un jour être mise au service de la médecine régénérative ?