Mutations et réparation de l'ADN

Objectifs du chapitre

À la fin de ce chapitre, vous serez capable de:

• distinguer mutation, variant et polymorphisme, mutation germinale et somatique, et classer un changement de séquence (transition ou transversion; synonyme, faux-sens, non-sens, décalage du cadre, indel en phase, épissage, région régulatrice) avec sa conséquence probable;
• interpréter la longueur d'une répétition de HTT ou de FMR1 avec les seuils de consensus, et expliquer l'anticipation;
• décrire les lésions spontanées et l'action des grands mutagènes, et expliquer pourquoi les dinucléotides CpG sont des points chauds;
• exposer la logique du test de fluctuation de Luria et Delbrück et du test d'Ames, et estimer un taux de mutation à partir de données de fluctuation;
• calculer le nombre attendu de mutations nouvelles par génome et relier l'effet de l'âge paternel à la biologie des gamètes;
• associer chaque classe de lésion à sa voie de réparation et à la maladie liée à son déficit, et lire et écrire un nom de variant dans la nomenclature HGVS.

Mutation, variant, polymorphisme

Le chapitre 7 a décrit une molécule copiée avec une fidélité remarquable, le chapitre 8 la façon dont sa séquence est lue. Ce chapitre traite des changements de cette séquence: comment ils naissent, ce qu'ils font, comment la cellule en répare la plupart. Sans eux, il n'y aurait ni maladies génétiques, ni évolution, ni profils d'ADN: les différences entre individus qu'exploite la science forensique sont d'anciennes mutations.

La génétique médicale emploie aujourd'hui variant pour toute différence observée et réserve les qualificatifs (pathogène, probablement pathogène, de signification incertaine, probablement bénin, bénin) à l'interprétation, que le chapitre 14 détaille; on garde mutation pour l'événement: «une mutation de novo», «le taux de mutation». Le seuil de 1 % n'a rien de biologique: il sépare les variants qu'on rencontre couramment dans un échantillon de ceux qu'on n'y voit presque jamais.

Une mutation somatique précoce produit une mosaïque, deux populations de cellules; la plupart des cancers sont des accumulations de mutations somatiques (chapitre 14). Un variant de novo est présent chez l'enfant et absent chez ses deux parents; il provient en général d'une mutation dans un gamète. C'est l'un des pièges des pedigrees signalés au chapitre 4: un enfant atteint d'une maladie dominante peut avoir deux parents sains. Quand la mutation est survenue tôt dans la lignée germinale d'un parent (mosaïcisme germinal), un couple sain peut avoir deux enfants atteints de la même maladie dominante «de novo». Ce chapitre traite des mutations géniques, d'une base ou de quelques bases; les anomalies de nombre et de structure des chromosomes relèvent du chapitre 6.

Les mutations ponctuelles et leurs conséquences

Transitions et transversions

Des douze substitutions possibles, quatre sont des transitions et huit des transversions; pourtant, dans les génomes réels, les transitions dominent, parce que plusieurs accidents fréquents, en premier lieu la désamination de la cytosine, en produisent.

Ce que la substitution fait à la protéine

La dégénérescence du code (chapitre 8) rend beaucoup de substitutions de la troisième position synonymes: GAG et GAA codent tous deux le glutamate. Un codon stop prématuré a souvent un effet plus radical que la protéine tronquée qu'il laisse prévoir: l'ARNm qui le porte est en général détruit par la dégradation des ARNm non-sens (NMD), un contrôle de qualité qui repère un stop en amont d'une jonction exon–exon. L'allèle se comporte alors comme un allèle nul.

C'est la logique des mutants de Crick et ses collègues (1961) rappelée au chapitre 8. Un décalage du cadre produit presque toujours un allèle nul; un indel en phase peut être grave ou bénin: la perte de la phénylalanine 508 de CFTR, le variant le plus fréquent de la mucoviscidose, en est un.

Deux classes agissent sans toucher un codon. Les mutations d'épissage modifient les signaux du spliceosome (chapitre 8), le GU qui ouvre l'intron, le AG qui le ferme ou des séquences voisines: l'exon est sauté, ou un site cryptique est utilisé. Les mutations régulatrices, dans un promoteur, un amplificateur ou une région non traduite, changent la quantité de produit et non sa séquence (chapitre 10). Dans le gène HBB de la β-globine, des variants de chaque classe donnent des β-thalassémies, des anémies par défaut de production de la chaîne β. Les classes se recoupent: le variant de l'hémoglobine E, faux-sens au codon 27, crée aussi un site d'épissage cryptique et réduit la quantité d'ARNm normal.

Perte et gain de fonction

La plupart des pertes de fonction sont récessives: pour la plupart des enzymes, la moitié de l'activité suffit. C'est le cas de la phénylcétonurie (PAH) et de la mucoviscidose (CFTR). Une perte de fonction devient dominante quand le gène est haploinsuffisant ou quand l'allèle est dominant négatif, typiquement pour une protéine qui forme des complexes: une chaîne de collagène anormale incorporée dans une triple hélice peut ruiner toute la fibre, et certaines formes d'ostéogenèse imparfaite sont ainsi plus sévères que l'absence de la chaîne.

Les gains de fonction sont presque toujours dominants. L'achondroplasie, la forme la plus courante de nanisme à membres courts, en est l'exemple classique: presque tous les cas portent le même faux-sens de FGFR3, p.(Gly380Arg), qui rend constitutivement actif un récepteur dont le rôle est de freiner la croissance des cartilages. Environ 80 % des cas sont de novo, selon le chiffre couramment cité, et ces mutations surviennent presque toujours sur le chromosome paternel, d'autant plus que le père est âgé.

Les expansions de répétitions

Toutes les mutations ne sont pas stables d'une génération à l'autre. Au début des années 1990, on a découvert des mutations qui grandissent en se transmettant.

La chorée de Huntington, autosomique dominante, est due à l'expansion d'un triplet CAG dans le premier exon de HTT: il code la glutamine, et la huntingtine allongée acquiert une toxicité nouvelle, un gain de fonction. Le syndrome de l'X fragile, première cause héréditaire de déficience intellectuelle chez le garçon, est dû à l'expansion d'un triplet CGG dans la région 5′ non traduite de FMR1, sur le chromosome X; au-delà d'une certaine longueur, la répétition et le promoteur sont méthylés et le gène se tait, une perte de fonction.

L'expansion dépend du sexe du parent, en sens opposés. Les grandes expansions de HTT se produisent surtout lors de la transmission paternelle: les formes juvéniles, qui débutent avant vingt ans, ont le plus souvent hérité l'allèle de leur père. Pour FMR1, le passage à la mutation complète ne se fait que par la mère; un homme porteur d'une prémutation la transmet à toutes ses filles sous forme de prémutation.

Longtemps soupçonnée de n'être qu'un biais de recrutement (une famille où les enfants sont gravement atteints est plus facilement repérée), l'anticipation s'est révélée réelle et mesurable en nombre de répétitions. Le mécanisme est le glissement de brin des microsatellites, vu plus bas.

Combien de mutations? Les taux

Le séquençage de familles entières permet de compter les mutations nouvelles: un variant présent chez l'enfant, absent chez les deux parents et confirmé par un second séquençage est une mutation de novo.

La lettre $\mu$ désigne ici un taux de mutation, comme dans tout ce cours; dans «Probabilités et statistique», elle désignait une espérance.

Démonstration. $N$ est la somme de $L$ indicatrices de Bernoulli indépendantes de paramètre $\mu$, «la position $i$ a muté»: c'est la loi binomiale, d'espérance $L\mu$ et de variance $L\mu (1-\mu )\approx L\mu$. Le passage à la loi de Poisson est le théorème des événements rares («Probabilités et statistique», chapitre 4, théorème 4.10), dont l'espérance et la variance sont celles du théorème 4.11. $\square$

C'est un modèle: les positions ne mutent pas toutes au même taux (les CpG bien plus souvent), et l'âge du père change $\mu$ d'un enfant à l'autre.

Pourquoi le père? La réponse est dans la gamétogenèse (chapitre 1). Les ovocytes ont achevé leurs divisions mitotiques avant la naissance de la femme; les cellules souches spermatogoniales se divisent toute la vie de l'homme. Plus l'homme est âgé, plus son spermatozoïde descend d'une longue suite de réplications, autant d'occasions d'erreur. Pour l'achondroplasie et quelques autres maladies, les spermatogonies mutantes ont en outre un léger avantage de prolifération, si bien que la fraction de spermatozoïdes mutants croît avec l'âge plus vite que le seul nombre de divisions ne le prévoit.

Le taux par génération découle de la fidélité de chaque réplication: après la correction d'épreuve des polymérases (chapitre 7) et la réparation des mésappariements, environ une erreur pour $10^9$ à $10^{10}$ bases copiées (ordre de grandeur). Pour un génome diploïde de $6,2\times 10^9$ pb, cela fait entre $0,62$ et $6,2$ erreurs par division cellulaire.

Les lésions spontanées

Une lésion, altération chimique de l'ADN, ne devient une mutation que si elle est répliquée avant d'être réparée.

Tautomérie. Watson et Crick avaient proposé dès 1953 une source d'erreurs inhérente à la double hélice: chaque base peut exister, rarement, sous une forme tautomère («Chimie organique», chapitre 12, définition 12.1) où un hydrogène a changé de place. Une cytosine imino s'apparie à A, une thymine énol à G; si la forme rare est présente au passage de la polymérase, la mauvaise base est insérée et, au cycle suivant, la paire est devenue une transition. C'est l'explication classique; d'autres formes rares contribuent aussi, et la part des tautomères reste discutée.

Dépurination. La liaison entre une purine et le désoxyribose se rompt spontanément à la température du corps et laisse un site abasique (site AP), qui ne code rien. C'est l'une des lésions spontanées les plus fréquentes.

Désamination. Elle retire le groupe amine d'une base: la cytosine devient l'uracile, qui s'apparie à A; l'adénine devient l'hypoxanthine, qui s'apparie à C. Le cas lourd de conséquences est celui de la 5-méthylcytosine. Chez les vertébrés, la plupart des cytosines suivies d'une guanine, les dinucléotides CpG, portent un méthyle en position 5 (chapitre 10); désaminée, la 5-méthylcytosine devient la thymine, une base normale de l'ADN (figure 9.1).

Un uracile dans l'ADN est forcément une erreur: l'uracile-ADN glycosylase le retire et la paire C:G est restaurée. Une thymine face à une guanine est ambiguë: laquelle des deux bases est la bonne? Des glycosylases spécialisées retirent la thymine de ces mésappariements aux CpG, mais moins efficacement, et une partie des lésions est répliquée avant d'être corrigée. Les CpG sont donc des points chauds de transitions C → T. Ils mutent si souvent que le génome humain en contient beaucoup moins que ne le prévoit sa composition en bases, et les transitions aux CpG forment une part disproportionnée des mutations ponctuelles pathogènes. On comprend aussi pourquoi l'ADN porte la thymine et non l'uracile: une cytosine désaminée serait sinon indiscernable d'une base légitime.

Oxydation. Les espèces réactives de l'oxygène du métabolisme oxydent les bases; la 8-oxoguanine s'apparie aussi bien à A qu'à C et produit des transversions G:C → T:A.

Glissement aux répétitions. Dans une répétition en tandem, comme CACACA… ou GATA GATA GATA…, le brin en cours de synthèse peut se détacher et se réapparier avec un décalage d'une unité: une boucle se forme, et la copie gagne ou perd une unité. La réparation des mésappariements corrige la plupart de ces boucles; celles qui lui échappent font varier le nombre d'unités, le plus souvent d'une seule à la fois. Les microsatellites (STR, chapitre 7) mutent ainsi bien plus souvent que les positions non répétées, et par petits pas. Le chapitre 15 en tire les mutations par pas d'une unité (modèle de mutation pas à pas), qui font qu'une apparente exclusion de paternité à un seul locus peut être une mutation, et les pics de stutter (pics de bégaiement), produits par le même glissement pendant la PCR.

Les mutations induites et le test d'Ames

Un mutagène augmente la fréquence des mutations au-dessus de leur fréquence spontanée. Chaque famille agit par un mécanisme qui prédit le type de mutation produit.

• Le rayonnement ultraviolet (UV-B) unit deux pyrimidines voisines du même brin en dimères de pyrimidines et en photoproduits 6-4, qui déforment l'hélice et bloquent la polymérase. Il en résulte des transitions C → T aux sites où deux pyrimidines se suivent, parfois deux à la fois (CC → TT): une signature qu'on retrouve dans les génomes des mélanomes.
• Les agents alkylants ajoutent des groupes méthyle ou éthyle aux bases. L'éthylméthanesulfonate (EMS) forme l'O⁶-éthylguanine, qui s'apparie à T: transitions G:C → A:T. Plusieurs anticancéreux sont des alkylants (voir «Pharmacologie»).
• Les analogues de bases remplacent les bases normales. Le 5-bromo-uracile remplace la thymine mais passe plus souvent qu'elle dans sa forme rare, qui s'apparie à G; la 2-aminopurine imite l'adénine. Tous deux produisent des transitions.
• Les agents intercalants, molécules planes comme la proflavine, l'acridine orange ou le bromure d'éthidium, s'insèrent entre deux paires de bases et favorisent l'ajout ou la perte d'une base: des décalages du cadre. Crick et ses collègues ont utilisé des mutants de la proflavine (chapitre 8).
• Les rayonnements ionisants produisent des radicaux libres qui oxydent les bases et coupent le squelette; leur lésion la plus dangereuse est la cassure double brin, source de délétions et de réarrangements chromosomiques.

Au début des années 1970, Bruce Ames a proposé un test bactérien rapide fondé sur une idée simple: une mutation peut en défaire une autre. Le test d'Ames utilise des souches de Salmonella typhimurium porteuses d'une mutation d'un gène de la synthèse de l'histidine (his⁻), incapables de pousser sans histidine. Étalées sur un tel milieu avec la substance testée, seules forment des colonies les bactéries qui ont subi une réversion, une nouvelle mutation qui restaure le gène. On compare leur nombre à celui des boîtes témoins, qui mesure la réversion spontanée; une substance mutagène l'augmente avec la dose. Trois détails font la puissance du test:

• plusieurs souches portent des mutations his⁻ différentes, réversibles l'une par substitution de base, l'autre par décalage du cadre: le profil de réponse dit quel type de mutation la substance induit;
• les souches sont rendues plus sensibles, notamment par l'inactivation d'une voie de réparation;
• on ajoute un extrait de foie de rat (fraction S9), car beaucoup de substances ne deviennent mutagènes qu'après transformation par les enzymes hépatiques, comme le benzo[a]pyrène de la fumée de tabac.

Le test repose sur la corrélation, imparfaite, entre mutagénicité et cancérogénicité: une grande partie des cancérogènes connus sont mutagènes, mais certains agissent sans muter l'ADN (hormones, promoteurs tumoraux). Il reste l'un des premiers tests de génotoxicité exigés pour une substance nouvelle (ligne directrice 471 de l'OCDE).

Mutation spontanée ou induite? Le test de fluctuation

La question de 1943

Les mutations surviennent-elles au hasard, indépendamment de leur utilité? En 1940, ce n'était pas acquis. Étalées sur une boîte couverte de bactériophages T1, presque toutes les Escherichia coli meurent, et quelques colonies résistantes apparaissent. Deux explications s'opposaient.

• L'hypothèse de l'induction: le phage provoque, chez une petite fraction des bactéries exposées, un changement qui les rend résistantes. La résistance naîtrait après le contact.
• L'hypothèse de la mutation spontanée: des mutants résistants apparaissent au hasard pendant la croissance, avant tout contact, et le phage ne fait que les révéler.

Salvador Luria et Max Delbrück (Genetics, 1943) ont compris qu'elles se distinguent non par la moyenne du nombre de résistants, mais par sa variance d'une culture à l'autre.

Démonstration. 1. Chaque cellule étalée est une épreuve de Bernoulli de petit paramètre; leur somme est binomiale, proche de la loi de Poisson, d'espérance et de variance égales («Probabilités et statistique», chapitre 4, théorèmes 4.10 et 4.11).

2. À la génération $g$ ($g=0,\dots ,G-1$), $2^g$ cellules se divisent; le nombre $K_g$ de mutants qui naissent est poissonnien, de paramètre $\mu 2^g$. Un mutant né à la génération se divise encore fois et laisse résistants. Ainsi , somme de termes indépendants avec et . D'où

chaque génération apportant la même contribution moyenne (mutations tardives nombreuses, clones petits), et

La variance est dominée par les premières générations: une mutation rare mais précoce laisse un clone énorme, un jackpot. $\square$

Avec $G=28$ doublements, soit $N_t=2^{28}\approx 2,68\times 10^8$ cellules, le rapport théorique dépasse $9\times 10^6$. Une série de quelques dizaines de cultures ne l'atteint jamais, car cette variance est portée par des jackpots très rares; la variance observée est instable, mais (figure 9.2). Le modèle est simplifié (croissance synchrone, mutants aussi prolifiques que les autres cellules); Luria et Delbrück raisonnaient sur une croissance continue, avec la même conclusion.

L'expérience comportait un témoin indispensable: des prélèvements multiples d'une même grande culture. Ils partagent la même histoire; leur nombre de résistants ne varie que par le hasard de l'échantillonnage, de façon poissonnienne. Si les cultures indépendantes varient beaucoup plus que ces prélèvements, le surplus ne peut venir que de l'histoire de chaque culture, c'est-à-dire de mutations survenues avant l'étalement.

L'explorateur reproduit ces deux séries et permet de les répéter.

Réglé par défaut, l'explorateur affiche la série A; sous l'induction, il donne la série B. Augmentez le nombre de cultures et changez de répétition. Sous l'induction, le rapport variance/moyenne reste près de 1. Sous la mutation spontanée, il saute d'une répétition à l'autre, de quelques unités à plusieurs centaines quand un jackpot apparaît, mais ne tombe presque jamais près de 1. Regardez aussi la case «0»: sous la mutation spontanée, une bonne partie des cultures n'a aucun résistant, ce qui est très improbable sous l'induction avec la même moyenne.

Estimer un taux de mutation: la méthode $p_0$

La case «0» donne une estimation robuste. Une culture sans résistant est une culture où aucune mutation n'a eu lieu. Or le nombre de mutations, par opposition au nombre de mutants, suit une loi de Poisson de paramètre $m=\mu (N_t-1)\approx \mu N_t$, puisqu'il faut $N_t-1$ divisions pour passer d'une cellule à . La fraction de cultures sans résistant estime donc , d'où

Cette méthode $p_0$, déjà employée par Luria et Delbrück, ignore la taille des jackpots et n'est pas faussée par eux; elle demande que $p_0$ ne soit ni trop proche de 0 ni de 1. D'autres estimateurs (médiane de Lea et Coulson, maximum de vraisemblance) exploitent toute la distribution.

En 1952, Joshua et Esther Lederberg en donnèrent une démonstration directe par étalement sur répliques: l'empreinte d'une boîte sans agent sélectif, transférée avec un velours sur plusieurs boîtes sélectives, y faisait apparaître les colonies résistantes aux mêmes positions, issues de cellules déjà résistantes avant tout contact.

La réparation de l'ADN

Les lésions spontanées sont nombreuses, et pourtant le taux de mutation reste de l'ordre de $10^{-8}$ par base et par génération, grâce à des systèmes de réparation spécialisés chacun dans une classe de lésions (figure 9.3); leur déficit prédispose presque toujours au cancer.

Réversion directe

Certaines lésions sont simplement défaites. La photolyase utilise la lumière visible pour couper un dimère de pyrimidines et rendre deux bases intactes; elle existe chez les bactéries, les levures, les plantes et beaucoup d'animaux, mais pas chez les mammifères placentaires, qui dépendent de l'excision de nucléotides. La O⁶-méthylguanine-ADN méthyltransférase (MGMT) transfère le méthyle d'une O⁶-méthylguanine sur l'une de ses propres cystéines et est inactivée par la réaction: une enzyme «suicide», consommée lésion après lésion.

Excision de base

La réparation par excision de base (BER) traite les bases endommagées qui ne déforment pas l'hélice (uracile, bases désaminées, alkylées ou oxydées) et les sites abasiques. Une ADN glycosylase propre à la lésion coupe la liaison entre la base anormale et le désoxyribose; une AP endonucléase coupe le squelette au site abasique; une polymérase (la polymérase β chez les mammifères) insère le bon nucléotide en lisant le brin opposé; une ligase scelle. La diversité des glycosylases donne à la voie son spectre.

Excision de nucléotides et xeroderma pigmentosum

La réparation par excision de nucléotides (NER) traite les lésions volumineuses qui déforment l'hélice: dimères et photoproduits des UV, adduits comme celui du benzo[a]pyrène activé. Elle reconnaît la distorsion, non la chimie de la lésion. Le brin endommagé est incisé de part et d'autre, un court oligonucléotide est retiré et la brèche comblée en copiant le brin intact; une branche couplée à la transcription répare en priorité les gènes actifs.

Le xeroderma pigmentosum, autosomique récessif, est dû au déficit de l'un des gènes de la NER (groupes de complémentation XPA à XPG, plus une forme «variante» qui touche la synthèse translésionnelle). Les patients sont extrêmement sensibles au soleil et développent dès l'enfance des cancers cutanés aux zones exposées: une démonstration clinique du lien entre lésions des UV, défaut de réparation, mutations et cancer.

Réparation des mésappariements et syndrome de Lynch

La réparation des mésappariements (MMR) corrige les erreurs de la polymérase qui ont échappé à la correction d'épreuve: bases mal appariées et petites boucles, dont celles du glissement aux répétitions. Toute la difficulté est de corriger le brin neuf, puisqu'un mésappariement A·C ne dit pas qui a tort: chez E. coli, l'ancien est reconnu à sa méthylation (les GATC du brin neuf ne sont méthylés qu'avec retard); chez les eucaryotes, les coupures du brin neuf le désignent. Les protéines MutS et MutL de la bactérie ont pour homologues humains les produits de MSH2, MSH6, MLH1 et PMS2.

Le syndrome de Lynch est la prédisposition héréditaire au cancer colorectal la plus fréquente, avec un risque accru de cancer de l'endomètre et d'autres organes. Il est dominant à l'échelle de la famille (on hérite d'une copie défectueuse de l'un des gènes MMR) et récessif à l'échelle de la cellule: la tumeur apparaît quand la seconde copie est perdue dans une cellule somatique. Sans MMR, les microsatellites changent de longueur d'une cellule à l'autre; cette instabilité des microsatellites se mesure dans la tumeur et sert au diagnostic. Le chapitre 14 reprend ce modèle des «deux atteintes» de Knudson (figure 14.3).

Cassures double brin: deux stratégies

Une cassure double brin coupe la molécule entière. Deux voies s'en chargent.

• La jonction d'extrémités non homologues (NHEJ) rapproche les deux bouts et les ligue directement (protéines Ku, ADN ligase IV). Disponible à toutes les phases du cycle, elle n'a pas de modèle: les extrémités sont souvent rognées ou complétées avant la ligature, et la jonction porte fréquemment une petite insertion ou délétion.
• La recombinaison homologue (HR) recopie l'information perdue sur la chromatide sœur. Les extrémités sont dégradées sur un brin, et la protéine RAD51 guide les queues simple brin vers la séquence homologue. La réparation est fidèle, mais limitée aux phases S et G2. BRCA1 et BRCA2 sont indispensables à cette voie.

Le déficit de la recombinaison homologue explique la prédisposition aux cancers du sein et de l'ovaire des porteurs d'un variant pathogène de BRCA1 ou BRCA2 (chapitre 14). Les tumeurs qui ont perdu la HR dépendent d'autres voies, et les inhibiteurs de PARP les tuent sélectivement (voir «Pharmacologie»). Les deux voies servent enfin l'édition des génomes: après la coupure de CRISPR–Cas9, la NHEJ inactive le gène par des indels, la HR y copie une séquence choisie (chapitre 11).

Les éléments transposables comme mutagènes

Dans les années 1940 et 1950, Barbara McClintock observa chez le maïs des grains tachetés dont la couleur changeait d'une cellule à l'autre. Elle en conclut que certains éléments génétiques changent de place et, en s'insérant dans un gène de la pigmentation ou en le quittant, l'inactivent ou le restaurent: le système Ac/Ds. Longtemps accueillie avec scepticisme, l'idée lui valut le prix Nobel en 1983, une fois les transposons retrouvés chez les bactéries, la drosophile et l'homme.

Les éléments transposables occupent une grande part du génome humain (chapitre 7), les Alu à eux seuls environ 10 %, pour un million de copies environ. Presque tous sont des fossiles inactifs, mais quelques copies de LINE-1 (L1) restent capables de se rétrotransposer: transcrites, leur ARN est recopié en ADN et inséré ailleurs par l'enzyme que L1 code; les Alu empruntent cette machinerie. Une insertion dans un exon interrompt la séquence codante. En 1988, Kazazian et ses collègues décrivirent des patients atteints d'hémophilie A dont le gène F8 était interrompu par une insertion L1 nouvelle, absente chez leur mère: le premier exemple humain de mutation par transposition.

Nommer un variant: la nomenclature HGVS

Les anciens noms mélangent les conventions: «ΔF508», «Glu6Val», «codon 39», «IVS-I-1». La Human Genome Variation Society publie une nomenclature unique (den Dunnen et al., Human Mutation, 2016), qu'emploient les laboratoires, les bases de données et les publications. Un nom HGVS garde ses points et ses symboles: c.20A>T s'écrit avec un point, non avec la virgule décimale du reste du cours, parce que c'est un nom et non un nombre.

La règle 3′ lève l'ambiguïté de l'exemple 9.1: dans GAG GAG, la perte d'un GAG s'écrit comme la délétion du second, c.22_24del, p.(Glu8del). Convention arbitraire, mais unique: deux laboratoires écrivent le même nom.

Synthèse

• Une mutation est un changement héritable de séquence, un variant une différence par rapport à une référence, un polymorphisme un variant de fréquence au moins égale à 1 %. Seules les mutations germinales passent à la descendance; les somatiques font les mosaïques et les cancers.
• Une substitution est une transition ou une transversion; dans une séquence codante, elle est synonyme, faux-sens ou non-sens. Un indel non multiple de trois décale le cadre. Les mutations d'épissage et régulatrices agissent sans changer un codon, et une mutation synonyme n'est pas forcément sans effet. Les pertes de fonction sont surtout récessives, les gains de fonction dominants.
• Les expansions de répétitions (HTT: 36 à 39 CAG pénétrance réduite, 40 et plus complète; FMR1: 55 à 200 CGG prémutation, plus de 200 mutation complète) expliquent l'anticipation; les grandes expansions de HTT passent surtout par le père, celles de FMR1 uniquement par la mère.
• Avec environ $1,2\times 10^{-8}$ mutation par base et par génération, un enfant porte environ 74 mutations nouvelles (loi de Poisson, théorème 9.1), et environ 2 de plus par année d'âge du père.
• Les lésions spontanées (dépurination, désamination, oxydation, glissement aux répétitions) et les mutagènes ont chacun leur type de mutation. La désamination de la 5-méthylcytosine fait des CpG des points chauds. Le test d'Ames détecte les mutagènes par réversion, avec activation hépatique.
• Le test de fluctuation montre que les mutations précèdent la sélection: variance des cultures indépendantes très supérieure à leur moyenne, à la différence des prélèvements d'une même culture (théorème 9.2); estime . Chaque lésion a sa voie de , et chaque déficit sa maladie: xeroderma pigmentosum (excision de nucléotides), syndrome de Lynch (mésappariements), / (recombinaison homologue). Les variants se nomment en (, , règle 3′).

Exercices

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Références

• Klug, W. S., Cummings, M. R., Spencer, C. A. & Palladino, M. A., Concepts of Genetics, Pearson (trad. Génétique, Pearson) — types de mutations, mutagènes, test d'Ames, réparation, éléments transposables.
• Strachan, T. & Read, A., Human Molecular Genetics, CRC Press — mutations humaines, expansions de répétitions, réparation de l'ADN, nomenclature des variants.
• Griffiths, A. J. F., Doebley, J., Peichel, C. & Wassarman, D. A., Introduction to Genetic Analysis, Macmillan (trad. Introduction à l'analyse génétique, De Boeck) — test de fluctuation, étalement sur répliques, mécanismes moléculaires des mutations.
• Luria, S. E. & Delbrück, M. (1943), «Mutations of bacteria from virus sensitivity to virus resistance», Genetics 28, 491–511 — le test de fluctuation.
• Kong, A. et al. (2012), «Rate of de novo mutations and the importance of father's age to disease risk», Nature 488, 471–475 — taux de mutation germinale humain et effet de l'âge paternel.
• den Dunnen, J. T. et al. (2016), «HGVS recommendations for the description of sequence variants: 2016 update», Human Mutation 37, 564–569 — nomenclature HGVS.