Organisation et fonctionnement du code génétique

Près de 80 % des maladies rares ont une origine génétique. Autrement dit, dans la grande majorité des cas, ces maladies sont liées à une anomalie du matériel génétique, qui contient les informations nécessaires au développement et au fonctionnement de l’organisme.

Il est donc essentiel de comprendre l’organisation et le fonctionnement du code génétique afin de mieux appréhender l’origine des maladies rares et les mécanismes biologiques qui les sous-tendent.

L’ADN : support de l’information génétique

L’ADN (acide désoxyribonucléique) est la molécule qui porte l’information génétique. Il se compose d’une succession de quatre unités appelées nucléotides : adénine (A), cytosine (C), thymine (T) et guanine (G).

L’ordre dans lequel ces nucléotides s’enchaînent constitue la séquence génétique, qui compose le génome, c’est-à-dire l’ensemble du matériel génétique propre à chaque individu. Ce génome contient les instructions nécessaires au développement, au fonctionnement et au maintien de l’organisme.

Pour tenir dans le noyau des cellules, l’ADN est étroitement replié et compacté grâce à des protéines appelées histones. Cette organisation, finement régulée, permet à la fois de protéger l’ADN et de contrôler l’accès à l’information génétique, en modulant l’activation ou l’inactivation de certaines régions du génome selon les besoins de la cellule.

Les chromosomes : organisation de l’ADN dans la cellule

L’ADN est organisé sous forme de chromosomes, des structures qui deviennent particulièrement visibles lors de la division cellulaire.

Chaque chromosome possède un bras court (bras p) et un bras long (bras q), séparés par le centromère, une région qui relie les deux bras et joue un rôle essentiel dans la répartition correcte des chromosomes dans les cellules filles lors de la division cellulaire.

Aux extrémités des chromosomes se trouvent les télomères, constitués de séquences répétées d’ADN associées à des protéines spécifiques. Ils protègent les extrémités chromosomiques en empêchant leur dégradation ou leur fusion avec d’autres chromosomes.

Chez l’être humain, on compte généralement 46 chromosomes, répartis en 23 paires.

Parmi ces paires :

22 paires sont appelées autosomes. Elles sont constituées de chromosomes homologues, présents de manière identique chez les femmes et chez les hommes, et portent la majorité des gènes impliqués dans le fonctionnement de l’organisme.
La 23ᵉ paire correspond aux chromosomes sexuels, qui participent à la détermination du sexe chromosomique. Deux chromosomes X (XX) chez la majorité des femmes et un chromosome X et un chromosome Y (XY) chez la majorité des hommes.

Cette organisation implique que, pour la plupart des gènes, chaque individu possède deux copies d’un même gène, appelées allèles : l’une héritée du père et l’autre de la mère. Ces allèles peuvent être identiques ou différents, ce qui contribue à la diversité génétique entre les individus.

Les gènes : unités fonctionnelles de l’information génétique

Les gènes correspondent à des segments spécifiques de l’ADN répartis le long des chromosomes. Ils sont constitués de séquences codantes, appelées exons, et de séquences non codantes, appelées introns.

Dans la majorité des cas, les exons d’un gène contiennent l’information nécessaire à la synthèse d’une protéine, qui peut assurer des fonctions très variées dans l’organisme. Plus rarement, certains gènes ne codent pas directement une protéine, mais produisent des ARN fonctionnels, qui participent notamment à la régulation de l’expression d’autres gènes.

Les introns, quant à eux, ne participent pas directement au codage des protéines. Toutefois, ils peuvent également influencer l’expression des gènes, notamment parce qu’ils contiennent certaines séquences régulatrices.

De l’ADN à la protéine : les étapes de l’expression des gènes

Chez l’être humain, la fabrication des protéines repose sur trois étapes principales, qui permettent de transformer l’information génétique contenue dans un gène en une protéine fonctionnelle.

La transcription

La transcription correspond à la copie de l’information portée par un gène à partir de l’ADN afin de produire un ARN pré-messager (pré-ARNm). Cette copie est réalisée à partir d’un seul des deux brins d’ADN, appelé brin matrice, et constitue une copie intermédiaire de l’information génétique nécessaire à la synthèse des protéines.

La maturation

L’ARN pré-messager subit ensuite une maturation, au cours de laquelle les introns sont éliminés et les exons assemblés grâce à un mécanisme appelé épissage, permettant la formation d’un ARN messager mature (ARNm).

La traduction

Enfin, l’ARN messager est lu par les ribosomes par groupes de trois nucléotides, appelés codons, chacun correspondant à un acide aminé. Cette étape, appelée traduction, se déroule dans le cytoplasme, c’est-à-dire la partie de la cellule située en dehors du noyau. Les acides aminés sont ensuite assemblés les uns à la suite des autres par le ribosome pour former une chaîne protéique.

Le repliement et la maturation des protéines

Une fois synthétisée, la protéine se replie pour acquérir une structure tridimensionnelle spécifique, indispensable à sa fonction.

Certaines protéines subissent également des modifications post-traductionnelles, comme le clivage de certaines portions, l’ajout de groupements chimiques ou leur adressage vers un compartiment particulier de la cellule. Ces modifications conditionnent leur activité, leur localisation et leur stabilité.

Les protéines jouent un rôle central dans l’ensemble des fonctions biologiques, notamment :

la structure des cellules
la communication entre cellules
le métabolisme
la réponse immunitaire
le fonctionnement du système nerveux

Lorsque l’information génétique est altérée par une mutation, la protéine produite peut être absente, insuffisante ou anormale. Cette anomalie peut perturber le fonctionnement des cellules, des tissus ou de certains organes, et conduire à l’apparition d’une maladie génétique.

La nature des manifestations dépend alors du gène concerné, du type d’anomalie génétique et du rôle de la protéine dans l’organisme. Ces mécanismes expliquent la grande diversité des maladies génétiques observées chez l’être humain, qu’il s’agisse de maladies rares, de troubles du développement ou de certaines pathologies plus fréquentes.

Encadré récapitulatif : Organisation et fonctionnement du code génétique

L’ADN est la molécule qui contient l’information génétique de l’organisme. Étroitement compacté grâce à des protéines appelées histones, il s’organise en chromosomes dans le noyau des cellules.

Les gènes, situés le long des chromosomes, correspondent à des segments d’ADN qui contiennent les instructions nécessaires à la fabrication des protéines. Ces protéines interviennent dans de nombreux processus essentiels et sont indispensables au bon fonctionnement des cellules et des organes.

Une anomalie affectant la structure ou la séquence de l’ADN peut modifier l’information génétique et perturber ces mécanismes, ce qui peut conduire à l’apparition d’une maladie génétique.