Génome humain
C’est la totalité du matériel héréditaire contenu dans la cellule humaine. Humain
Vingt-deux autosomes, deux chromosomes sexuels X et Y et l'ADN mitochondrial humain contiennent ensemble environ 3,1 milliards de paires de bases.
Au cours du projet du génome humain, la séquence d’ADN de tous les chromosomes et de l’ADN mitochondrial a été déterminée.À l’heure actuelle, ces données sont activement utilisées dans le monde entier dans le cadre de la recherche biomédicale.
Le séquençage complet a révélé que l'hommele génome contient 20 à 25 000 gènes actifs, ce qui est nettement moins que prévu au début du projet (environ 100 000) - c'est-à-dire que seulement 1,5 % du matériel génétique total code pour des protéines ou de l'ARN fonctionnel.
Le reste est de l'ADN non codant, souvent appelé ADN indésirable, mais qui s'est avéré jouer un rôle important dans la régulation de l'activité des gènes.
Caractéristiques du gène humain
- Les chromosomes
Il y a 23 paires de chromosomes dans le génome:22 paires de chromosomes autosomiques, ainsi qu'une paire de chromosomes sexuels X et Y. Chez l'homme, le sexe masculin est hétérogamétique et est déterminé par la présence d'un chromosome Y. Les cellules somatiques diploïdes normales ont 46 chromosomes.
- Les gènes
Des estimations préliminaires suggèrent la présence dele génome humain compte plus de 100 000 gènes. Selon les résultats du projet Human Genome, le nombre de gènes, ou plutôt des cadres de lecture ouverts, s'élevait à environ 28 000 gènes. En relation avec l'amélioration des méthodes de recherche (prédiction) des gènes, une nouvelle diminution du nombre de gènes est attendue.
Le nombre de gènes chez l’homme n’est que légèrement supérieur à celui des organismes plus simples, comme l’ascaris.Caenorhabditis elegansou voleDrosophila melanogaster. Cela est dû au fait que l’épissage alternatif est largement représenté dans le génome humain. L'épissage alternatif vous permet d'obtenir plusieurs chaînes protéiques différentes à partir d'un gène.
En conséquence, le protéome humain s'avère êtrebeaucoup plus grand que le protéome des organismes considérés. La plupart des gènes humains ont plusieurs exons, et les introns sont souvent beaucoup plus longs que les exons frontières d'un gène.
- Séquences réglementaires
Le génome humain contient de nombreuxséquences responsables de la régulation des gènes. La régulation fait référence au contrôle de l’expression des gènes (le processus de construction de l’ARN messager le long d’une section d’une molécule d’ADN).
Ce sont généralement de courtes séquences,situé soit à côté du gène, soit dans le gène. Parfois, ils sont situés à une distance considérable du gène (amplificateurs). La systématisation de ces séquences, la compréhension des mécanismes de travail, ainsi que les problèmes de régulation mutuelle d'un groupe de gènes par un groupe d'enzymes correspondantes n'en sont actuellement qu'au stade initial de l'étude.
La régulation mutuelle de groupes de gènes est décrite avecen utilisant des réseaux de régulation génétique. L’étude de ces problématiques se situe à l’intersection de plusieurs disciplines : les mathématiques appliquées, le calcul haute performance et la biologie moléculaire. Les connaissances proviennent de comparaisons des génomes de différents organismes et des progrès de la transcription artificielle des gènes en laboratoire.
Identification des séquences régulatrices dansLe génome humain a été en partie produit sur la base de la conservation évolutive (propriété de conserver des fragments importants de la séquence chromosomique qui remplissent à peu près la même fonction).
Selon l'horloge moléculaire, évolutionnaireles lignées humaines et souris se sont séparées il y a environ 100 millions d'années. Pour deux génomes, des méthodes informatiques ont révélé des séquences conservatrices (séquences identiques ou très légèrement différentes dans les génomes comparés) dans la partie non codante et il s'est avéré qu'elles sont activement impliquées dans les mécanismes de régulation des gènes dans les deux organismes.
Une autre approche pour obtenir desLes séquences sont basées sur une comparaison des gènes de l'homme et du poisson-globe. Les séquences géniques et les séquences de régulation chez l'homme et le poisson-globe sont sensiblement similaires, mais le génome du poisson-globe contient 8 fois moins d '«ADN indésirable». Cette "compacité" du génome des poissons facilite grandement la recherche de séquences régulatrices de gènes.
- Autres objets du génome
Séquences codantes pour les protéines (de nombreusesséquences qui composent les exons) constituent moins de 1,5 % du génome. Sans tenir compte des séquences régulatrices connues, le génome humain contient de nombreux objets qui ressemblent à quelque chose d'important, mais dont la fonction, le cas échéant, n'a pas encore été élucidée.
Ces objets occupent jusqu'à 97% du volume total du génome humain. Ces objets comprennent:
- Les virus
Environ 1 % du génome humain est occupé par desgènes de rétrovirus (rétrovirus endogènes). Ces gènes ne profitent généralement pas à l’hôte, mais il existe des exceptions. Ainsi, il y a environ 43 millions d’années, les gènes rétroviraux qui servaient à construire la coque du virus sont entrés dans le génome des ancêtres des singes et des humains. Chez l'homme et le singe, ces gènes sont impliqués dans le fonctionnement du placenta.
La plupart des rétrovirus ont été incorporés dans le génome des ancêtres humains il y a plus de 25 millions d'années. Parmi les rétrovirus endogènes humains plus jeunes, aucun rétrovirus bénéfique n'a été trouvé à ce jour.
Décoder le génome de l'homme de Néandertal
Le génome de Néandertal est proche en taille du génome de l’homme moderne. Les résultats préliminaires montrent que l’ADN des humains modernes et des Néandertaliens est identique à environ 99,5 %.
Des chercheurs ont extrait de l'ADN fossileHomme de Néandertal issu de l'os de la cuisse d'un squelette de Néandertal il y a 38000 ans de la grotte de Vindia en Croatie, ainsi que d'autres os trouvés en Espagne, en Russie et en Allemagne. En utilisant les séquences d'ADN mitochondrial du chimpanzé et de l'homme comme points de référence, les scientifiques ont calculé que la date de l'écart entre l'ADNmt humain et néandertalien était de 660 000 ± 140 000 ans.
Dans les génomes des derniers Néandertaliens européens degrottes Vindia, Mezmaiskaya (Mezmaiskaya 2), Goye et Le Cotte, qui vécurent env. 45-39 mille litres. n. Après l'arrivée du sapiens en Europe, aucun mélange de gènes de Cro-Magnon n'a été trouvé.
Comparaison des génomes de la fin de Néandertal avecLe génome d'un Néandertalien plus âgé du Caucase (Mezmaiskaya 1) a montré que vers la fin de l'histoire de Néandertal, il y avait probablement un renouvellement des populations néandertaliennes soit dans le Caucase, soit dans toute l'Europe.
La majeure partie du flux génétique de Néandertal au débutHomo sapiensprovenait d'un ou plusieurs originauxpopulations de Néandertaliens qui ont divergé des derniers Néandertaliens il y a au moins 90 000 ans. n., mais après qu'ils se soient séparés d'un Néandertalien précédemment séquencé de Sibérie (Altaï Néandertalien) il y a environ 150 000 ans.
De quels gènes avons-nous hérité?
- Denisovites
Peuple moderne croisé à deux reprises avec le peuple Dénisovien, les généticiens américains ont découvert qu'ils avaient analysé l'ADN de 5 639 habitants d'Eurasie et d'Océanie.
Comme indiqué dans un article publié dans le magazineCellule,Les scientifiques ont découvert que les ancêtres des habitants de la Chine et du Japon modernes se sont croisés avec des Dénisoviens issus de deux populations - l'Altaï et une seconde inconnue.
Les Néandertaliens et les Dénisoviens sont considérés comme distinctsespèces (selon une autre version - sous-espèces) des peuples anciens. Les Néandertaliens vivaient en Europe et en Asie centrale et ont disparu il y a environ 30 000 ans, laissant de nombreux vestiges et artefacts.
On en sait beaucoup moins sur les Denisoviens.Il n'y en a pratiquement aucune trace (jusqu'à présent, seules trois molaires et une phalange de doigt ont été découvertes), qui ont été trouvées en un seul endroit - la grotte Denisova dans l'Altaï. En fait, un nouveau type de personnes a été découvert par la génétique, en séquençant l'ADN de la phalange du doigt et en trouvant des différences significatives dans les génomes mitochondriaux et nucléaires des génomes des humains modernes et des Néandertaliens.
- Néandertaliens
Le génome de Néandertal et de l'homme modernediffère de 0,16%. D’une part, les différences sont minimes. D’un autre côté, vous pouvez voir quels gènes sont présents chez l’homme moderne mais absents chez les chimpanzés et les Néandertaliens.
Ce sont des éléments hypothétiques qui ne sont pashérité d'un ancêtre commun et n'est apparu qu'après la divergence des branches de l'homme moderne et de l'homme de Néandertal. Il y avait 78 éléments purement modernes - substitutions de nucléotides dans les gènes. Certaines de ces substitutions de nucléotides peuvent être neutres (elles pourraient être fixées à la suite de processus démographiques habituels, de goulots d'étranglement, etc.), tandis que d'autres peuvent également avoir une signification adaptative.
Donc, il y avait 5 de ces gènes qui portaientplusieurs de ces substitutions nucléotidiques. Ces gènes et, par conséquent, ces mutations sont évidemment adaptatifs pour les gens modernes, sinon l'évolution ne leur aurait pas prêté une telle attention. Ce sont des gènes associés aux fonctions cutanées, à l'activité mentale, au métabolisme énergétique /
Comment le pool génétique a-t-il affecté la population humaine?
En 2010Génome nucléaire de Néandertala été entièrement étudié pour la première fois. La trace génétique de cette espèce est recalculée très souvent. Génétique des populationsde l'Université de WashingtonBenjamin VernottEtJoshua Eki a commencé la recherche et la nouvelle approche a permis aux auteurs de «retirer» toutes les séquences d'ADN de Néandertal cachées dans les génomes modernes.
Ils sont arrivés à la conclusion que dans le pool génétique desDans les populations européennes et asiatiques, au total, environ 20 % du génome néandertalien circule. Les séquences néandertaliennes dans le génome de l'homme moderne sont assez courtes - cela s'explique par le fait que beaucoup de temps s'est écoulé depuis l'hybridation avec les Néandertaliens et que de longues séquences ont été briséesrecombinaisons(échange de sections entre différents chromosomes).
26% de toutes les protéines codantes contiennent également des allèles de Néandertal.
Gènes dans les kératinocytes (cellules de la peau): ils sont nécessaires pour une meilleure pigmentation ou une meilleure adaptation. Et la région sur le septième chromosome contenant le gène a aidé à développer la parole humaine.
Dernières avancées scientifiques
- Le génome européen le plus ancien a été reconstruit
Des scientifiques du laboratoire de génétique de l'Institut Max Planck pour l'histoire de l'humanité en Allemagne ont reconstruit le plus ancien génome européen.
Pour l'étude, du matériel a été prélevé sur un crâne vieux d'environ 45 000 ans, trouvé dans la ville de Zlaty Kun en République tchèque. Il appartenait à une femme.
Il s'est avéré que le génome de Zlata Kun contientà peu près la même quantité d'ADN de Néandertal que les autres humains modernes, environ 2 à 3 %, mais les segments génétiques de Néandertal eux-mêmes sont beaucoup plus longs chez lui que chez tout le monde.
Selon les auteurs de l'ouvrage, l'ADN de cette femme n'est pastrouvé chez des personnes qui ont vécu plus tard en Europe ou en Asie. Cela suggère que les humains modernes étaient présents dans le sud-est de l’Europe il y a 47 à 43 000 ans.
- Nouveau mécanisme de régulation génique
Un groupe de scientifiques russes a étudié le rôle des fragments double brin d'ARN en cours de maturation et a montré que l'interaction entre ses parties distantes peut réguler l'expression des gènes.
L'ARN a deux structures : primaire et secondaire.La structure primaire des acides nucléiques fait référence à l'ordre et à la séquence de disposition des mononucléotides dans la chaîne polynucléotidique de l'ARN. Une telle chaîne est stabilisée par des liaisons 3′,5′-phosphodiester. À son tour, la structure secondaire est l'arrangement conformationnel de la chaîne principale d'une macromolécule (par exemple, une chaîne polypeptidique d'une protéine ou une chaîne d'acides nucléiques), quelle que soit la conformation des chaînes latérales ou la relation avec d'autres segments.
En décrivant la structure secondaire, il est important de déterminer les liaisons hydrogène qui stabilisent les fragments individuels de macromolécules.
Grâce au nouvel emploi, il s'est avéré que le secondaireLa structure joue un rôle important dans la maturation des molécules d'ARN porteuses d'informations, et en particulier dans l'épissage. Il s'agit d'un processus dans lequel les régions non codantes sont excisées et les régions codantes sont cousues ensemble (comme dans la maturation des molécules d'ARN). Les scientifiques ont montré que les structures secondaires de l'ARN peuvent réguler l'épissage et ainsi contribuer davantage à la régulation des gènes qu'on ne le pensait auparavant.
- Système CRISPR / Cas9
La plus grande avancée de la décennie a été le système CRISPR/Cas9, pour lequel ses créatrices, Jennifer Doudna et Emmanuelle Charpentier, ont reçu le prix Nobel de chimie 2020.
CRISPR / Cas9 est une méthode d'édition du génomehaute précision, vous permettant de modifier les gènes de micro-organismes vivants, y compris les humains. Et avec son aide, il y a des chances de créer des méthodes de lutte contre le VIH et d'autres maladies, qui aujourd'hui ressemblent à une phrase.
- Enfants génétiquement modifiés
En 2018 sont nésenfants génétiquement modifiés - filles Lulu et Nana. Le zygote a été obtenu par FIV (fécondation in vitro), génétiquement modifié avec CRISPR / Cas9 et implanté dans l'utérus de la femme qui a donné naissance aux filles.
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