[PPT]Codage et expression de l’information viewCodage et transmission de l’information gntique Expression de l’information gntique Gntique et informatique Apports de l’informatique

Codage et expression de linformation gntique

Pascale Giraudet

www.univ-tln.fr/~giraudet

Sminaire GRIM 4 mars 2003

Plan de lexpos

Introduction : quest-ce que linformation gntique ?

Codage et transmission de linformation gntique

Expression de linformation gntique

Gntique et informatique

Quest-ce que linformation gntique ?

Chaque individu prsente des caractres propresCertains sont acquis (musculature, )Dautres hrditaires (couleur des yeux, groupe sanguin, ) transmis dune gnration lautre

information gntique

Introduction : quest-ce que linformation gntique ?Codage et transmission de linformation gntiqueLocalisation de linformation gntiqueSupport de linformation gntiqueCodage de linformation gntique sur lADNTransmission de linformation gntiqueExpression de linformation gntiqueGntique et informatique

Exprience de Gurdon (1960)

Noyau cellule grenouille Buf nucl grenouille A

> obtention dun clone de la grenouille B

I.1) Localisation de linformation gntique

I.2) Support de linformation gntique

Cellule

G: *1000

N = 1013

Chromosome

G: *10 000

N = 2*23

ADN

G: *107

L 2 m

I.2) Support de linformation gntique

Paires de bases

G: *107

N 3 * 109

Watson et Crick,

1953

I.2) Support de linformation gntique

Bases puriques (R)

Bases pyrimidiques (Y)

(A)

(G)

(T)

(C)

-> ADN Succession de 3 * 109 lettres dun alphabet quaternaire

I.3) Codage de linformation gntique sur lADN

Succession presque linaire de 3*109 lettres dun alphabet molculaire quaternaire (A,C,G,T)Seule non-linarit : ADN port par 2n chromosomes (n=23 chez lhomme)

Le brin complmentaire napporte aucun complment dinformation (stabilit chimique) Il existe de lADN hors du noyau : ADN mitochondrial (104 paires de bases)

I.4) Transmission de linformation gntique

Transmission conforme : la rplication lors de la division cellulaireBrassage gntique lors de la reproduction sexue

Cellule du pre

2n chromosomes

Cellule de la mre

2n chromosomes

Gamte du pre

n chromosomes

Gamte du pre

n chromosomes

Gamte de la mre

n chromosomes

Gamte de la mre

n chromosomes

Cellule oeuf

n+n chromosomes

Gnration N

Gnration N+1

miose

fcondation

I.4) Transmission de linformation gntique

Erreurs de copie : les mutationsSubstitution alatoire dune lettre par une autre lettre de lalphabetInsertion alatoire dune lettre (ou dun groupe de lettres)Suppression alatoire dune lettre (ou dun groupe de lettres)Slection des mutants

ACCTGC

ACTTGC

ACCTGC

ACCATGC

ACCTGC

AGC

IntroductionCodage et transmission de linformation gntiqueExpression de linformation gntiquePrincipes de lexpression : les protinesDe lADN la protineTranscriptionTraduction et code gntiqueRgulations de lexpression gntiqueGntique et informatique

II.1) Principes de lexpression : les protines

ADN

Protines

scrtes

Protines constitutives

Enzymes

(protines)

Mtabolisme

Physiologie

Dveloppement

Production

De glucides

Production

De lipides

Gnotype

Protines

Phnotype

Les protines, molcules de passage du gnotype (information gntique) au phnotype (ensemble des caractres)La gntique sintresse lexpression de linformation gntique jusqu la production des protinesLtude du rle des protines dans lexpression du phnotype est du domaine de la biochimie, de la biologie cellulaire, du dveloppement, de la physiologie

II.1) Principes de lexpression : les protines

II.1) Principes de lexpression : les protines

II.2) De lADN la protine

Transcription

Traduction

ADN

ARN m

Protine

II.3) Transcription

pissage

II.4) Traduction et code gntique

Bilan

Notion de gneUn gne une protine (excision des introns)Un gne : du codon dpart au codon STOPEnsemble des gnes zone exprime de lADN35 000 gnes chez lHumain1,5 % de lADN -> quoi sert le reste ??Similitude entre les gnes des tres vivants40 % de nos gnes commun avec une plante80 % avec un Mammifre98,5 % avec un Chimpanz99,9 % avec un autre HumainLinarit apparente de lexpression gntiqueCodage quasi-linaire de linformation gntique sur lADNTranscription : bijection de {A, T, C, G} sur {A, U, C, G}Traduction : surjection de {A, U, C, G}3 sur {Phe, Leu, Ile, Met, Val, Ser, Pro, Thr, Ala, Tyr, His, Gln, Asn, Lys, Asp, Glu, Cys, Trp, Arg, Gly}

Bilan

Pourtant variabilit de lexpressionDans lespace :Toutes les cellules nont pas la mme formeToutes les cellules nont pas la mme fonctionDans le temps :Activit cellulaire dpendant du stade de dveloppementSelon lenvironnement : Activit cellulaire dpendant de son environnement chimiqueRorganisation de linformation gntique lors de son expression par rgulations multiples

II.5) Rgulations de lexpression gntique

gne

pr-ARNm

ARNm

ARNm

protine

protine modifie

protine active

protine dgrade

transcription

pissage

traduction

noyau

Organisation structurale de lADN

Facteurs de rgulation de la transcription

Epissage alternatif

Maturation, transport, adressage des ARNm

Dure de vie des ARNm

Contrle de la traduction des ARNm

Modifications post-traductionnelles

Adressage, et rgulation de lactivit

Contrle de la dgradation protique

II.5) Rgulations de lexpression gntique

gne

pr-ARNm

ARNm

ARNm

protine

protine modifie

protine active

protine dgrade

transcription

pissage

traduction

noyau

Facteurs de rgulation de la transcription

Produits de lactivit protique

Environnement

Epissage alternatif

Un exemple de la rgulation de la transcription

chez les Procaryotes : lopron tryptophane

Gnes codants pour les enzymes ncessaires la synthse du tryptophane

Un exemple eucaryote : les gnes homotiques

Epissage alternatif

Introduction : quest-ce que linformation gntique ?Codage et transmission de linformation gntiqueExpression de linformation gntiqueGntique et informatiqueApports de linformatique la gntiqueLinspiration gntique en informatique

III.1) Apports de linformatique la gntique

Analyse de squences de basesIdentification de motifsLocalisation de motifs connusDtection de rgularits, priodicitsComparaison de squencesRecherche des similaritsRecherche des mutationsCalcul de taux de divergencelaboration de modles dvolutionlaboration darbres phylogntiquesModlisation de la structure 3d de protines

Analyse de squences de basesIdentification de motifsLocalisation de motifs connusDtection de rgularits, priodicitsComparaison de squencesRecherche des similaritsRecherche des mutationsCalcul de taux de divergencelaboration de modles dvolutionlaboration darbres phylogntiquesModlisation de la structure 3d de protines

III.1) Apports de linformatique la gntique

POS: 1 2 3 TOTAL

A 24% 31% 23% 26%

C 25% 21% 26% 24%

G 34% 22% 24% 27%

T 18% 26% 27% 24%

Phe TTT 1.7 Ser TCT 1.6 Tyr TAT 1.2 Cys TGT 0.8

Phe TTC 2.0 Ser TCC 0.5 Tyr TAC 1.7 Cys TGC 1.3

Leu TTA 0.9 Ser TCA 0.9 *** TAA 1.2 *** TGA 0.9

Leu TTG 0.6 Ser TCG 0.7 *** TAG 0.2 Trp TGG 1.4

Leu CTT 1.4 Pro CCT 0.9 His CAT 1.3 Arg CGT 3.8

Leu CTC 1.0 Pro CCC 0.3 His CAC 1.4 Arg CGC 1.9

Leu CTA 0.4 Pro CCA 1.0 Gln CAA 1.4 Arg CGA 1.1

Leu CTG 4.0 Pro CCG 2.2 Gln CAG 2.1 Arg CGG 0.7

Ile ATT 2.3 Thr ACT 1.0 Asn AAT 1.0 Ser AGT 0.4

Ile ATC 2.3 Thr ACC 1.5 Asn AAC 2.5 Ser AGC 1.8

Ile ATA 0.3 Thr ACA 0.9 Lys AAA 3.9Arg AGA 0.8

Met ATG 1.9 Thr ACG 0.8 Lys AAG 1.7 Arg AGG 0.3

Val GTT 2.7 Ala GCT 1.9 Asp GAT 2.5 Gly GGT 2.6

Val GTC 1.1 Ala GCC 1.5 Asp GAC 2.5 Gly GGC 2.8

Val GTA 1.5 Ala GCA 2.1 Glu GAA 4.7 Gly GGA 0.9

Val GTG 1.9 Ala GCG 2.8 Glu GAG 1.9 Gly GGG 0.7

Frquence (%) des bases sur le mme gne

de 2594 codons

Frquence des bases

sur un gne de 7784 pb

IDENTIFICATION DE MOTIFS (PROGICIEL SQX, SITE INFOBIOGEN)

http://www.infobiogen.fr/doc/SQXdoc/

http://www.infobiogen.fr/doc/SQXdoc/freqces.html

DTECTION DE PRIODICITS (LAB INFO DE lIGM)

Proba dapparition de GTC n bases aprs CGC en phase de lecture -> priodicit 0 [3]Proba dapparition de TCG n bases aprs ATC en phase de lecture -> priodicit 1 [3]Proba dapparition de CGT n bases aprs CCC en phase de lecture -> priodicit 2 [3]

Proba 1

n

Proba 3

Proba 2

n

n

Classement des trinuclotides en fonction de leur phase d'apparition prfrentielle

Proprits de ces 3 classes de trinuclotides d'un point de vue thorie des codes:

ces 3 classes de trinuclotides s'changent par permutation circulaire, ce sont, toutes les trois, des codes circulaires maximaux, ces 3 codes possdent une proprit de complmentarit: auto-complmentarit pour T0, et change de T1 et T2 par complmentarit, codes non triviaux ( codes obtenus par des techniques classiques de gnration).

http://www-igm.univ-mlv.fr/LabInfo/rapport/igm_new005.html

Hypothse biologique : gnes primitifs = mots du langage To ?

Phase de lecture reprable automatiquement -> ne ncessite pas de codon initiateurAuto-complmentarit -> codage simultan et en