Types de séquences d’ADN non codantes

Par le Dr Liji Thomas, MDRévisé par le Dr Jennifer Logan, MD, MPH

Le plan génétique de toutes les formes de vie se présente sous la forme d’acide nucléique, le plus courant étant l’acide désoxyribonucléique (ADN). Ce produit chimique porte dans sa structure la capacité de coder tous les milliers de protéines et autres éléments structurels et fonctionnels nécessaires à la construction du corps de l’organisme ainsi qu’au fonctionnement de chaque processus de la vie.

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Cependant, ces régions codantes ou gènes qui sont responsables de la production effective des protéines ne représentent qu’environ 1,5 % de l’ADN d’un organisme. Le reste est composé d’ADN non codant, parfois appelé ADN poubelle.

Cependant, on sait maintenant que l’ADN poubelle a de nombreuses autres fonctions essentielles, comme la régulation de l’expression des gènes en activant ou désactivant les séquences codantes. D’autres portions contrôlent ou modulent le niveau des gènes en cours de décodage. Ainsi, loin d’être de l’ADN poubelle, il s’agit plutôt d’ADN fonctionnel, bien que nombre de ses fonctions soient encore en cours de découverte.

Il existe plusieurs types d’ADN non codant ou poubelle. Certains d’entre eux sont décrits ci-dessous.

Gènes ARN non codants

Une partie de l’ADN non codant est transcrite en, ou forme, une espèce chimiquement liée appelée ARN, qui est le véritable messager du plan génétique à la cellule. Ces molécules comprennent l’ARN de transfert, l’ARN ribosomal et l’ARN messager, et sont toutes impliquées dans la production de protéines, ou la traduction de l’ADN en produit protéique final, au sein de la cellule. Ils ne sont pas eux-mêmes des protéines et ne donnent pas directement naissance à des protéines, contrairement aux séquences génétiques codant pour les protéines dans l’ADN. Cependant, les séquences d’ADN codant pour ces molécules d’ARN ne sont évidemment pas des déchets.

D’autres exemples incluent l’ARN interagissant avec Piwi et le microARN. On pense que les microARN sont les régulateurs de l’activité translationnelle de près d’un tiers de tous les gènes codant pour des protéines chez les mammifères. Ils font l’objet de recherches pour leurs rôles éventuellement cruciaux dans la progression de certaines maladies comme le cancer et les maladies cardiaques, ainsi que dans la réponse immunitaire aux organismes infectieux qui pénètrent dans l’organisme.

Une autre classe d’ARN spécialisés est le long ARN non codant qui a de multiples rôles dans la régulation des gènes, notamment pendant le remodelage de la chromatine, la transcription, la régulation post-transcriptionnelle et comme source de siRNA.

Éléments régulateurs et introns

L’ADN non codant se trouve également sous la forme d’éléments régulateurs cis et trans qui modulent la transcription des gènes. Ils se trouvent soit dans les introns, soit dans les régions non traduites aux extrémités 5′ ou 3′ du gène. Cis et trans font référence à leur emplacement dans et entre les chromosomes, respectivement.

Un intron est un tronçon d’ADN non codant incorporé dans la séquence du gène lui-même. Les introns sont donc de l’ADN non codant par définition. Ils sont transcrits dans la molécule préliminaire d’ARN messager, mais sont ensuite éliminés pour donner naissance à la forme mature. Ils peuvent jouer des rôles régulateurs en contrôlant l’activité de l’ARNt et de l’ARNr ainsi que des segments codant pour les protéines, ou codons. Cependant, la plupart des introns ne sont pas fonctionnels.

Tous les gènes possèdent un site régulateur appelé séquence promotrice qui est un segment d’ADN non codant lié à des protéines impliquées dans le processus de transcription. De telles séquences promotrices ne donnent naissance à aucune partie de la protéine finale, mais facilitent la transcription d’un gène particulier et se trouvent généralement en amont de la région codante.

Les séquences promotrices influencent également la probabilité qu’un gène soit transcrit. Les protéines qui activent la transcription se lient à ces courtes séquences. D’autre part, des séquences inhibitrices (silencieux) peuvent également être présentes, ouvertes à la liaison de protéines inhibitrices qui répriment ou réduisent les chances de transcription. Les séquences silencieuses se trouvent à une petite distance du gène qu’elles régulent, soit avant, soit après celui-ci.

Les super-enhancers sont des groupes de séquences enhancers liées entre elles par association physique ou fonctionnelle, et qui sont liées à la régulation de gènes vitaux pour l’identité de la cellule, comme les facteurs de transcription qui déterminent le type et la lignée de la cellule.

Ces deux types d’éléments régulateurs peuvent être présents dans certains gènes qui nécessitent un haut degré de régulation.

Les séquences isolantes lient également des protéines régulatrices qui agissent de plusieurs façons, comme en empêchant l’action des amplificateurs et en limitant ainsi le nombre de gènes dans cet ensemble, ou en inhibant les modifications structurelles de l’ADN qui pourraient réprimer l’activité du gène concerné. On parle alors respectivement de bloqueurs d’exhausteurs et d’isolateurs de barrières.

Pseudogènes

Un autre type d’ADN non codant est le pseudogène, qui est une séquence d’ADN qui ressemble à un gène existant mais qui est non fonctionnelle. On pense qu’ils sont le résultat de mutations dans des gènes fonctionnels qui empêchent leur formation de protéines fonctionnelles ou inhibent leur transcription. Ils pourraient également apparaître à la suite d’une rétro-transposition. La plupart semblent être non fonctionnels.

Certaines infections virales peuvent également donner naissance à de l’ADN non codant à la suite d’une transcription inverse. Ce processus décrit ce qui se passe lorsqu’un virus porteur d’ARN comme le VIH infecte une cellule. Il copie son ARN sous forme d’ADN sur l’ADN de l’hôte afin de faire en sorte que la cellule hôte effectue les différentes opérations nécessaires à sa réplication et à sa prolifération. Ces séquences d’ADN d’origine virale peuvent subir ultérieurement des mutations qui conduisent à leur inactivation, formant ainsi des pseudogènes.

Transposons

Un autre type spécialisé d’ADN non codant est le transposon, un élément génétique mobile qui peut changer d’emplacement dans le génome. En déplaçant son emplacement, il peut corriger une mutation ou en induire une. Dans les deux cas, il modifie la taille du génome de la cellule. Les éléments transposables constituent la majeure partie de l’ADN non codant. Ils comprennent les LINE, les SINE, l’ADN satellite et les VNTR.

Les LINE, ou Longs éléments intercalés, sont des régions non codantes modérément répétitives pouvant provenir de virus. Les SINEs, ou Short INterspersed Elements, sont des régions hautement répétitives et non fonctionnelles qui peuvent être le résultat d’une transcription inverse de l’ARN.

L’ADN satellite et les télomères

Les télomères sont des segments de nucléotides répétitifs formant des segments d’ADN spécialisés que l’on trouve aux extrémités de tous les chromosomes. Ils jouent un rôle important dans la préservation de l’intégrité structurelle du chromosome pendant le processus de réplication de l’ADN, en empêchant les extrémités de se dégrader.

L’ADN satellite est un terme utilisé pour les régions d’ADN répétitives en tandem regroupées dans une zone. Ce type d’ADN non codant se trouve dans les centromères, les structures vitales qui relient les membres d’une paire de chromosomes lors de la division cellulaire. Il est également présent sous la forme de l’hétérochromatine, une forme d’ADN très dense qui régule l’activité des gènes et préserve la structure des chromosomes. Les VNTR ou Variable Number of Tandem Repeats sont des éléments répétitifs mais plus courts que ceux observés avec l’ADN satellite.

En bref, de nombreuses études sont nécessaires pour en savoir plus sur comment et ce que font les différents types d’ADN non codant.

Lectures complémentaires

• Tout le contenu ADN
• Qu’est-ce que l’ADN ?
• Propriétés de l’ADN
• Modifications chimiques de l’ADN
• Fonctions biologiques de l’ADN

Écrit par

Dr. Liji Thomas

Le Dr. Liji Thomas est un gynécologue-obstétricien, diplômé du Government Medical College, Université de Calicut, Kerala, en 2001. Liji a exercé en tant que consultante à plein temps en obstétrique/gynécologie dans un hôpital privé pendant quelques années après l’obtention de son diplôme. Elle a conseillé des centaines de patients confrontés à des problèmes liés à la grossesse et à l’infertilité, et a été en charge de plus de 2 000 accouchements, s’efforçant toujours de réaliser un accouchement normal plutôt qu’opératoire.

Citations

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