LE GENOME OU LE PLAN DE FABRICATION DES INDIVIDUS (Travaux Personnels Encadrés – Médecine & Santé – TS)

« LE G tNOSCOPE D'EVRY La contribution française a été assurée par le Géno scope d'Elit')' .

Sous la direction des Professeurs Weis senbach et Auffray, la part du travail que devait réaliser le Génoscope consistait dans le séquençage complet du chromosome 14 (long de 87 millions de nucléotides) et dans l'inventaire des gènes qu'il contient.

Financé par le ministère de la Recherche mais également par I'AFM (Association Française contre les Myopathies) et le Téléthon à hauteur de 10 millions d'euros, le Génoscope bénéficie de matériel d'analyse automatique de pointe.

En effet les neuf séquenceurs automatiques du Génoscope permettent de réaliser 14000 lectures de 800 nucléotides par jour soit 11 millions de nucléotide s par jour.

Reste après cela à déterminer la position des gènes .

La stratégie que le Génoscope a choisi consistait dans un premier temps à fragmenter le chromosomes en longs fragments d 'ADN (50 000 à 200 000 nucléotides) avec des sites de coupures variables afin d'obtenir des fragments chevauchants .

Les différents fragments ont été ordonnés tout en déterminant leur séquence afin d'éviter les redondances .

Ceci permettait en outre qu'il n'y ait pas de" trous » dans la séquence du chromosome .

Les gènes du chromosomes 14 ont ensuite été annotés.

Pour cela, les chercheurs du Génoscope ont tiré parti de leur expertise en génomique comparative.

En effet les gènes chez l'homme sont communs aux gènes d 'autres vertébrés et la comparaison avec le génome de ces autres espèces peut permettre d'identifier la structure de ces gènes.

Ainsi , les chercheurs se sont basés sur la séquence du g énom e de la souri s et celui du poisson Tetraodo n nigroviri dis .

séquencé par le Génoscope , pour annoter les gènes sur le chromosomes 14.

Le 6 février 2003, après cinq années d'effort , la séquence complète du chromosome 14, soit l'enchaînement exact des 87 410 661 nucléotides , a été publiée dans la très prestigieuse revue britannique Nature .

C'est le quatrième chromosome humain dont la séquence a été identifié après les chromosomes 21, 22 et 20 de plus petite taille.

Mais, surtout il est le premier publié sans " trous » résiduels dans la séquence .

Aux 506 gènes déjà connus sur le chromosomes 14, le travail du Génoscope a permis d 'en ajouter 344.

Dans cet ensemble figurent 60 gènes impliqués dans des maladies génétiques.

On trouve notamment le gène impliqué dans une forme familiale à déclenchement précoce de maladie d'Alzheimer.

La détermination de la séquence complète du chromosome 14 facilite énormément l'identification de gène .

Ainsi , six gènes impliqués dans des maladies génétiques ont pu être identifiés par diverses équipes et notamment le gène d'une forme de paraplégie spastique familiale .

R tSULTATS Lancé en 1990, le Projet Génome Humain devait selon les prévisions s 'achever fin 2005 pour un coût total de 3 milliards de dollars .

Grace à la coopération internationale et à des outils informatiques performants , le projet a pu s'achever avec 2 ans d 'avance en avril 2003 soit 50 ans tout juste après la découverte de la structure en double hélice de l'ADN .

Il aura finalement coûté 2 ,7 milliards de dollar s.

Chez l 'homme, le nombre de gènes humains faisait depuis longtemps l 'objet d 'évaluations plus ou moins directes .

Or, le projet Génome Humain a révélé sur 3 milliards de nucléotides l'e xistence de 30 000 gènes seulement ! Les gènes chez l'homme occupent donc moins de 30% de l'ADN .

Le nombre de gènes est bien inférieur aux prévisions qui avaient été faites (le chiffre de 100 000 gènes était souvent avancé et communément accepté) .

Cette annonce fut d 'autant plus surprenante que l'on s 'est rendu compte que le génome humain présentait à peine plus de deux fois plus de gène s que celui de la mouche du vinaigre (Drosoph ila Melanogast el} qui compte 8 chromosomes et moins que celui du riz (50 000 gènes) ou de nombreuses autres plantes! Le séquençage du génome va probablement avoir des répercussions importantes sur la recherche des gènes impliqués dans les maladies g énétique s.

La connais sance de ces gènes va faciliter la compréhension des mécanismes moléculaires de ces maladies.

N éanmoin s, la déte rmin a tion du nombre de gènes chez l'homme était une première étape , il reste encore à déterminer la fonction de tous ces gènes et ce travail s 'avère considérable .

Pour la plupart de ces gènes, on ne sait pas quelle protéine ils codent et à quel moment et dans quel tissu ils sont exprimés (d'autant plus que certains gènes sont sous le contrôle d'autres gène s qui codent pour des protéines régulatrices ) .

L'INTÉRÊT DU DÉCRYPTAGE DU GÉNOME Les avancées de la génétique et de la biologie moléculaire ont permi s de faire de grands progrès dans l'identification des gènes impliqués dans les maladies génétiques .

Actuellement , plus de 1 400 gènes impliqués dans des maladies génétiques ont été identifiés .

Il faut néanmoin s noter qu'il reste bon nombre de maladie s génétiques dont le ou les gènes responsables restent inconnus .

La localisation et l'identification du ou des gènes impliqués dans une maladie ont permi s de développer des tests de dépista g e de ces maladies génétiques .

D tPISTAG E DE MALADIES Dans le cas d 'une famille à risque chez qui les parents sont porteur s d'une mutation ou chez qui le premier né est malade , ces tests .,...,~; peuvent être étendus au diagnostic prénatal ou préimplantatoire (lors de procé­ dures de pro­ création médica­ lement assistée ).

Des tests sont également réalisés de façon plus systématique chez toute femme enceinte de plus de 38 ans qui présente un risque plus élevé que la moyenne d'engendrer une anomalie chromosomique .

On peut aujourd 'hui ainsi diagnostiquer plus de 300 maladies génétiques.

lA THhAPI E Gt NIQUE Le développement du génie génétique offre également des perspectives intéressantes sur le plan thérapeutique .

En particulier, l'un des grand s espoirs de soigner les maladies génétiques réside dans la thérapie génique .

La stratégie consiste à introduire à l'aide d 'un vecteur un gène " thérapeutique » au sein des cellules malades pour pallier ou corriger le déficit génétique .

Il est ainsi possible d'envisager de corriger un défaut à l'origine d'une maladie génétique en introduisant la version correcte d'un gène ou en modulant la synthèse d'une protéine , en tuant spécifiquement certaines cellules (notamment les cellul es canc é­ reuses ) ou en stimulant les défenses immu­ nitaires .

Il est ainsi envisageable d'agir à l'origine de la maladie génétique .

Si la théorie semble simple, la mise est pratique est quant à elle beaucoup plus délicate .

Actuellement, plus de 400 essais cliniques de thérapies géniques sont m en és d an s le monde dont 15% concernent les maladies génétique s.

Les maladies accessibles à la thérapie génique sont celles dont on connaît l'origine génétique précise et dans l 'état actuel des connaissances, celles qui n 'implique qu'un seul gène (mucoviscidose , myopathie, hémophilie ...

).

Il faut néanmoins admettre que jusqu'à maintenant peu de ces essais ont été couronnés de succès .

À l'hôpital Necker , à Paris, des résultats très encourageants ont bien été obtenus sur des bébés atteints du syndrome d 'immunodéficience sévère , déficit immunitaire gravissime , mais l'apparition d'effets indésirés a conduit à l'interruption de l'essai en cours .

S YNTHÈSE D E PROrttNES l'une des autres applications des techniques de génie génétique qui présentent un grand intérêt sur le plan médical consiste en la synthè se de protéine .

l'insuline fut la première protéine obtenue par les techniques de génie génétique et commercialisée .

l'insu line est une hormone produite par le pancréas et qui fait défaut dans les diabètes dits insuline-dépendants .

l'insuline doit alor s être administrée aux patients diabétiques par voie exogène.

Dans un premier temps, de l'insuline d 'origine bovine ou porcine, très proche de l'insuline humaine , pouvait être utilisée .

l'identi­ fication du gène de l'insuline humaine et les progrès du génie génétique per­ mettent main ­ tenant de produire de grandes quantités d'insuline humaine .

La technique consiste à insérer le gène humain de l'insuline au sein du génome de bactéries et ainsi de faire produire l'insuline humaine par ces bactéries (génétiquement ) transformée s.

Cette technique est également utilisée pour la synthèse de l'hormone de croissance qui est administrée chez l'enfant dans les cas de déficits de croissance.

Cette hormone ainsi synthétisée a remplacé l'hormone de croissance qui était jusqu'alors prélevée post-mortem chez l'homme , technique qui pouvait transmettre des maladies telles que la maladie de Creutzfeld -Jakob .

APPLICATIONS BASÉES SUR LE POLYMORPHISME DE L'ADN La plus grande partie du génome humain (plus de 70%) est non codante .

La fonction précise de ces régions est très peu connue .

Les régions non codantes du génome peuvent néanmoins être exploitée s.

En effet , dans les partie s non codantes de l'ADN , il existe des régions très répétée s.

Ces régions sont constituées d 'une séquence de quelques nucléotides qui sont répétées des dizaines voire des centaines de fois.

Contrairement aux régions codantes de l'ADN qui sont généralement très semblables d'un individu à l'autre (car elles codent pour des protéines proches ou identiques ), les régions non codantes de l'ADN sont quant à elles beaucoup plus variables .

En effet le nombre de répétitions de ces séquences peut énormément varier d ' un individu à un autre .

On parle alors de polymorphisme de l'ADN .

Si l 'on considère un grand nombre de ces régions très répétées , le poly­ morphisme de l'ADN constitue une véritable carte d 'identité des individu s.

On parle généralement d 'empre i nte g én éti que ou de profil génétique .

C'est à partir de l'étude du polymorphi sme de l'ADN que l'on peut identifier les individus .

Les applications se situent principa­ lement dans le domaine judiciaire puisque l'utilisation des empreinte s génétiques constitue maintenant un argument irréprochable pour confondre un criminel.

Dans tous les cas, l'identification ne peut se faire que par comparaison entre deux profils génétiques.

Un profil génét ique est établi à partir de traces laissées par exemple sur le lieu d'un crime en extrayant l 'ADN de cheveux , de cellules de peau ou sperme et comparé au profil génétique d 'un suspect .

Les empreintes génétiques sont également utilisées pour identifier des cadavres .

Dans ce cas, on peut utiliser des cheveu x laissés sur une brosse par la vidime supposée ou bien comparer le profil génétique du cadavre à celui des parents de la vidime supposée .

Dans un autre registre , les empreintes géné ­ tique s sont utilisées dans les tests de paternité .

Le profil génétique de l'enfant est comparé à celu i de s a mère (pour laquelle il n'y a pas d'ambiguné sur son lien de parenté ) et à celui de son père supposé .

DÉCRYPTAGE DU GENOME ET BREVETABILITE DU VIVANT Si le décryptage du g énome humain promet d e grands progrès en terme de santé humaine , à ces progrès s'adjoignent des enjeux économiques considér ables .

l'idée de déposer des brevets sur certaines séquences d 'ADN décryptées ou certaines mutations identifié es n'a pas échappé à certains .

Cela a été le cas pour une société américai n e ayant déposé un brevet sur une mut ation impliquée dans une forme familiale de cancer du sein .

Cette société revendique les droits sur tous les tests de dépistage de cette maladie .

Les cher cheurs de Projet Génome Humain ont été confrontés à l ' importance qui pouvait être donnée au profit commercial.

La communauté internationale des chercheurs impliqués dans ce projet reconnut la nécessité de laisser d ans le domaine publi c les informations sur le génome humain.

Elle décida ainsi de rendre publiques et accessib les à tous toutes les séquences dès leur identification .

En France , le Comité consultatif national d 'éthique s'est prononcé en 1999 sur le principe intang ible de non-commercia lisation du corps humain et sur le fait que l'ensemble de l'information contenue dans le g énome humain appartient au patrimoine commun de l'humanité e t ne peut faire l'objet d 'un monopole .

La plupart des comités d'éthique , de chercheurs et de légis lateurs se penchan t sur le sujet s'accordent à cette idée .

Néanmoins , il persiste des incertitu des concernant la définition des limites du brevetable : le corps humain n'est pas brevetable mais qu'en est-il de ses produits? D 'autre part, des difficulté s importante s sont causées par les différentes positions des acteurs internati onaux concernant la protection de l'information biologique.

En effet, les critères de brevetabilité ne sont actuellement définis qu'à l'échelle nationale et donc applicables uniquem ent dans le pays où le brevet a été dépo sé.

Sur le plan international , les critères de brevetabilité des États ­ Unis et ceux de l'Europe s 'opposent car, s'ils sont identiques dans les textes , leur inter prétation par les organismes attribuan t les brevets est différente .

Les probl èmes bioéthiques persisteront tant que les comités d 'éthique nationau x n'auront pas pris position en la matière .

De plus , dans le contexte actuel de mondialisation des recherch es et des échan ges commerc iaux, une harmonisa tion s'avère nécessaire.. »