Ce travail est un exemple, ce n'est pas un modèle

Ce travail est un exemple, ce n'est pas un modèle.
Fiche élève

ETUDE PRATIQUE DU POLYALLELISME A PARTIR DU LOGICIEL ANAGENE

Sommaire: Ce travail constitue une approche pratique du polymorphisme génique en TS. Il s'agit de rechercher les différences entre les différentes versions alléliques d'un même gène et d'en étudier les conséquences.

1) Objectifs:
-Rechercher les différences entre les allèles d'un gène polymorphe
-Etudier les conséquences sur les protéines codées et le phénotype clinique (macroscopique) de l'individu.

2) Pré-requis:
Notions de gène, d'allèles, de mutations, de brin transcrit et non transcrit d'ADN, de transcription, de traduction, de code génétique.

3) Travail à réaliser avec le logiciel Anagène:

Recherche des différences entre les [allèles du gène] qui code pour l'Alpha-antiTrypsine ( AT )
Vous devez réaliser les opérations indiquées dans la fiche pratique n°1 et répondre successivement aux questions Q1, Q2, Q3.

     Q1: Notez la ( ou les ) différence ( s ) entre l'allèle ATm1 et ATm'1: nature du (des) nucléotide (s) changé (s), position dans la séquence, n° du triplet de nucléotides affecté par la modification ainsi que sa composition (pour répondre à ce dernier point, afficher la règle graduée en triplets en cliquant dessus dans la fenêtre de comparaison), type de mutation à l'origine de la nouvelle séquence.
Reportez vos observations dans le tableau ci-dessous, en face de l'allèle ATm1, après avoir pris connaissance des conventions d'écriture inscrites au bas du tableau, puis revenez à la fiche pratique
     Q2: Reportez vos résultats dans le tableau, en face de l'allèle ATm2, puis revenez à la fiche pratique.
     Q3: Complétez l'ensemble du tableau 1.

Tableau 1

Noms des allèles	Changements dans la séquence d’ADN Brin non transcrit	Type de mutation
	Nature du (des) nucléotide (s) changé (s)- Position (s) dans la séquence- N° et composition du (des) triplet (s) de nucléotides

ATm’1 (référence)

ATm1

ATm2



ATm3


ATnull1

ATnull2


ATs


ATz

Conventions d’écriture, exemples:
C710à T indique que T remplace C en position 710
GCG237à GTG indique que T remplace C, en position 2 dans le triplet de nucléotides 237
-C552 indique une perte de C en position 552
TAC184à TA - indique une perte de C, en position 3 dans le triplet de nucléotides 184
Ecrire une réponse par ligne

Recherche des [conséquences sur la protéine]
-Approche déductive qui découle de vos connaissances
Pour effectuer ce travail, vous devez connaître les étapes essentielles de la synthèse des protéines et la correspondance qui existe entre la séquence des nucléotides du brin non transcrit du gène et celle de l'ARNM.

          Questions:
            Q4: Rappelez en quelques mots la correspondance qui existe entre la séquence de nucléotides du brin non transcrit du gène et celle de l' ARNm.
            Q5: Utilisez les résultats affichés dans le tableau 1 pour transcrire les "séquences" d'ADN de ATm'1, ATm1, ATm2 en ARNm (écrivez seulement les codons qui ont changé). Complétez la 1^ère colonne du tableau 2 après avoir pris connaissance des conventions d'écriture inscrites au bas du tableau.
            Q6: Convertissez I'ARNm en polypeptide ( écrivez seulement les acides aminés qui ont changé). Complétez la 2^ème colonne du tableau 2. Utilisez le code génétique joint.

-Approche qui s'appuie sur le logiciel Anagène
Réalisez les opérations indiquées dans la fiche pratique n°2 et répondez successivement aux questions Q7, Q8, Q9.

          Questions:
            Q7: Notez la ( ou les ) différence ( s ) entre les séquences d'ARNm: nature du (des) codon (s) changé (s), position (s) dans la séquence, (pour répondre à ce dernier point, affichez la règle graduée en triplets). Reportez les observations dans la 1^ère colonne du tableau 2 après avoir pris connaissance des conventions d'écriture inscrites au bas du tableau, puis revenez à la fiche pratique.
            Q8: Notez la ( ou les ) différence ( s ) entre les séquences polypeptidiques: nature de l' (des) acide (s) aminé (s) qui a (ont) changé, position (s) dans la séquence. Reportez vos observations dans la 2^ème colonne du tableau 2 et revenez à la fiche pratique.
             Q9: Complétez l'ensemble du tableau 2.

Tableau 2

Noms des allèles	Changements dans la séquence d’ARNm	Changements dans la séquence polypeptidique
	Nature du (des) codon (s) changé (s)- Position (s) dans la séquence	Nature de l' (des) acide (s) aminé (s) changé (s)- Position (s) dans la séquence

ATm’1 (référence)

ATm1

ATm2



ATm3


ATnull1

ATnull2


ATs


ATz

Conventions d’écriture:
GCG237à GUG indique que le codon GCG est remplacé par le codon GUG en position 237
Ala237à Val indique que l’alanine est remplacée par la valine en position 237
Si un aa n’existe pas dans le polypeptide suite à la rencontre d’un codon stop lors de la traduction, le remplacer par la lettre X. ex. Tyr184X signifie que la tyrosine 184 n’existe pas dans le polypeptide.
Ecrire une réponse par ligne

Recherche des conséquences sur le phénotype

a)Informations scientifiques utiles:

+Rôle joué par l'alpha-antitrypsine dans l'organisme et phénotype associé à sa déficience.
-L'alpha-antitrypsine, protéine plasmatique dont la concentration est généralement comprise entre 150 et 350 mg/ dl^-1, inhibe l'élastase, une enzyme capable de lyser la plupart des protéines qui entourent et assurent le soutien des cellules. De cette manière, elle protège les structures de soutien des divers organes, en particulier celles des alvéoles pulmonaires.
-Des concentrations plasmatiques d'alpha-antitrypsine inférieures à 80 mg/dl^-1 inhibent insuffisamment l'élastase. Celle-ci détruit peu à peu le tissu de soutien au niveau des alvéoles pulmonaires, ce qui perturbe les échanges gazeux et entraîne l'emphysème ( cad un rétrécissement obstructif des petites voies aériennes), puis la mort.
-La fumée de cigarette réduit l'affinité de l'alpha-antitrypsine pour l'élastase et explique en partie l'aggravation des symptômes chez le fumeur en cas de déficience en alpha-antitrypsine.

+On connaît de nombreux allèles du gène qui code pour l'alpha-antitrypsine (75):
-Les allèles m'1, m1, m2, m3 codent pour des molécules d'alpha-antitrypsine différentes mais également fonctionnelles et sécrétées de façon équivalente (ce sont les variants normaux).
-L'allèle s (ou variant s) code pour une protéine fonctionnelle, mais sécrétée en plus faible quantité que les protéines codées par les variants précédents.
-L'allèle z code pour une protéine ayant une activité réduite. Elle est sécrétée en outre en faible quantité.
-Les allèles null1 et null2 codent pour des protéines très instables qui ne sont pas sécrétées. Leur fréquence est inférieure à 0,1 %.

+Concentrations plasmatiques d'alpha-antitrypsine chez les personnes homozygotes pour chacun de ces allèles

Allèles	Fréquence * estimée en %	Taux d'alpha-antitrypsine dans le sang (en % par rapport au normal)	Quantité d'alpha-antitrypsine dans le sang (mg/dl-1) **	Risques de maladie chez l'homozygote
M'1	20-23	100	150-350	non
M1	44-49	100	150-350	non
M2	14-19	100	150-350	non
M3	10-11	100	150-350	non
S	2-4	40-70	100-200	non
Z	1-2	10-15	15-50	oui
NULL1	Rare	0	0	oui et précoces
NULL2	Rare	0	0	oui et précoces

*Fréquence des allèles estimée pour la population blanche des Etats Unis
**Quantité d'alpha-antitrypsine chez l'homozygote

b)Phénotypes cliniques associés aux divers génotypes:

Question:
Q10: En tenant compte des informations rassemblées ci-dessus, dites quel phénotype clinique présentent les personnes

-qui possèdent 2 allèles null
-qui ont le génotype z/z
-homozygotes, correspondant aux variants normaux et au variant s
-hétérozygotes qui possèdent un allèle normal
-hétérozygotes s/z

[Fiche pratique n°1]:

Double cliquer sur l'icône Anagène pour lancer le logiciel sous Windows 3.1 et 3.1 1.
Cliquer sur Démarrer, Programmes, Anagène, sous Windows 95.
1) Chargement des séquences
Cliquer successivement sur
     " Fichier ", " Thèmes d'étude ", " Polymorphisme des gènes ", " Polymorphisme de AT ", " Allèles de AT " et OK. Cette validation entraîne le chargement de l'ensemble des séquences. Une fenêtre d'Affichage des séquences nucléotidiques du brin non transcrit d'ADN apparaît à l'écran.
2) Comparaison des séquences
Les séquences sont comparées à celle de l'allèle ATm'1 choisi comme allèle de référence.
Sélectionner les séquences Atm'1 et ATm1 dans la fenêtre d'affichage, en cliquant sur le bouton de sélection.
Puis cliquer successivement sur
     " Traiter ", " Comparer les séquences ", " Type de comparaison "
Choisir une comparaison simple des séquences d'ADN. Le résultat du traitement s'affiche dans une fenêtre qui se place en dessous de la fenêtre d'affichage des séquences. La première des séquences sert de référence pour la comparaison. Parcourir les séquences dans la fenêtre, d'un bout à l'autre.
          Répondre à la question 1.
Fermer la fenêtre de comparaison et effectuer une nouvelle sélection. Sélectionner les séquences ATm'1 et ATm2 et procéder comme ci-dessus.
          Répondre à la question 2.
Comparer ainsi toutes les séquences.
          Répondre à la question 3.

[Fiche pratique n°2]:

1) Chargement des séquences
Cliquer successivement sur
" Fichier ", " Thèmes d'étude ", " Polymorphisme des gènes ", " Polymorphisme de AT ", " Allèles de AT " et OK. Cette validation entraîne le chargement de l'ensemble des séquences. Une fenêtre d'Affichage des séquences nucléotidiques du brin non transcrit d'ADN apparaît à l'écran.

2) Conversion des séquences
Sélectionner d'abord toutes les séquences d'ADN:
Cliquer sur
" Edition", " Sélectionner tout ", puis
Cliquer successivement sur
" Traiter ", " Convertir les séquences "
Choisir l'affichage, du brin non transcrit de l'ADN, de l'ARNm, et de la séquence peptidique, puis une traduction simple de la séquence peptidique. Cocher "Résultat dans la fenêtre Affichage / édition".

3) Comparaison des séquences d'ARNm et de peptides
Les séquences sont comparées à celle de l'allèle ATm'1 choisi comme allèle de référence.
Sélectionner les séquences d'ARN, Arn-ATm'1 et Arn-ATm3 dans la fenêtre d'affichage, en cliquant sur le bouton de sélection.
Puis cliquer successivement sur
     " Traiter ", " Comparer les séquences " , " Type de comparaison "
Choisir une comparaison simple. Le résultat du traitement s'affiche dans une fenêtre qui se place en dessous de la fenêtre d'affichage des séquences. La première des séquences sert de référence pour la comparaison. Parcourir les séquences dans la fenêtre, d'un bout à l'autre.
          Répondre à la question 7.
Sélectionner les séquences peptidiques, Pro-ATm'1 et Pro-ATm3 et les comparer.
          Répondre à la question 8.
Comparer toutes les séquences
          Répondre à la question 9.

Auteur de l'article: JC Benhamou, Lycée des Haberges, 70000 VESOUL

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