Microsatellite

Définition

Un microsatellite est composé d'un motif répétitif, dans lequel la séquence répétée est contenue, et de deux régions avoisinantes, situées de part et d'autre du motif répété.

En génétique, les microsatellites sont des séquences d'ADN dans lesquelles un fragment est répété de manière consécutive. La taille des fragments varie de deux à six paires de bases. La variation du nombre de répétitions, et non la séquence répétée, crée des allèles différents.

Gestion des erreur de microsatellites ADN :

Cette illustration illustre visuellement ce qui arrive à l'ADN microsatellite en cas de réparation défectueuse des mésappariements de l'ADN. Les séquences répétitives sujettes aux erreurs peuvent s'allonger ou se raccourcir en raison d'erreurs de paires de bases non réparées.

Explications

Les microsatellites se trouvent généralement dans des zones non codantes de l'ADN. Ils sont neutres, co-dominants et ont un taux de mutation élevé, ce qui les rend très polymorphes. Ils sont utilisés comme marqueurs moléculaires dans une grande variété d'applications dans le domaine de la génétique, telles que les études de parenté et de population. Cela est dû à sa capacité à générer une empreinte génétique personnelle ou un profil génétique.

SSR ou STR ("short tandem repeats") sont les sigles en anglais pour les répétitions simples et les répétitions courtes en tandem.

Il convient de noter que, pour chacune des STR pouvant être trouvées dans le génome, les fréquences sont établies en fonction du nombre de répétitions dans la population, c'est-à-dire que, pour chaque STR, le nombre de répétitions "normales" varie la population (par exemple, entre 10 et 13 répétitions pour une STR spécifique), alors qu'il existe d'autres nombres de répétitions qui sont moins fréquemment établis dans ce marqueur.

Des microsatellites SSR :

Vue des microsatellites SSR Un certain nombre d'échantillons d'ADN provenant d'échantillons de Littorina plena (un mollusque gastéropode marin) amplifiés par réaction en chaîne avec une polymérase avec des amorces ciblant un locus à séquence simple variable (microsatellite SSR). Les échantillons ont été passés sur un gel de Polyacrylamide à 5 % et visualisés par coloration à l'argent.

Constitution

Il existe des cas dans lesquels il peut y avoir deux motifs répétitifs ou plus au sein d'un microsatellite. Pour qu'un microsatellite soit considéré comme utile en tant que marqueur moléculaire, toute la variation de la séquence ou du polymorphisme doit être comprise dans le motif répétitif, tandis que les régions avoisinantes doivent être hautement conservées, au point de ne présenter aucune variation de séquence.

Afin de différencier deux microsatellites qui ne diffèrent que par leur nombre de répétitions, nous devons effectuer une PCR. Pour cela, des amorces ou amorces (également appelées amorces) sont conçues, qui sont de petits fragments d'ADN complémentaires des régions avoisinantes, et qui nous permettent d'amplifier (ou de produire un grand nombre de copies) notre microsatellite.

Les fragments ainsi produits sont séparés selon leur longueur en paires de bases par électrophorèse sur gel d'agarose. Partant de l'hypothèse selon laquelle dans un microsatellite, seul le nombre de répétitions dans le motif répétitif varie, nous pouvons savoir combien de répétitions notre microsatellite a par la taille que la bande atteint. Une fois que l'électrophorèse est terminée, nous pouvons comparer des microsatellites à d'autres, à condition qu'il s'agisse d'allèles du même motif répétitif.

Ces allèles seraient hérités de manière concomitante, c'est-à-dire qu'à chaque locus, un individu pourrait présenter un ou plusieurs allèles, en fonction du nombre de jeux de chromosomes qu'ils possèdent. Par exemple, les humains sont diploïdes, c'est-à-dire que nous avons deux jeux complets de chromosomes et que, par conséquent, pour un locus de microsatellite, nous pouvons présenter un allèle (si les deux parents transmettent des allèles de même séquence et de même taille) ou deux allèles (si chaque parent a hérité d'un allèle de taille différente).

Il a été prouvé que les microsatellites sont des marqueurs moléculaires polyvalents, en particulier pour les analyses de population, mais ils ne sont pas absents des limitations. Les microsatellites développés pour des espèces particulières peuvent souvent être appliqués à des espèces apparentées, mais le pourcentage de locus amplifiés avec succès peut diminuer lorsque la distance génétique augmente.

D'autres limitations, beaucoup plus prosaïques, sont dues à la contamination des échantillons, pouvant conduire à des profils erronés, substances inhibitrices de la réaction PCR et ne permettant pas de connaître le profil génétique du matériel trouvé, la dégradation de la L'ADN, qui survient spontanément en raison des conditions du milieu et des enzymes d'autres organismes et qui peut donner lieu à des profils partiels, à différents artefacts modifiant la lecture des résultats, ainsi qu'à de nouveaux allèles non caractérisés antérieurement et devant être incorporés dans les bases de données pour permettre leur détection dans le futur.

Classification

Les microsatellites sont classés en fonction du nombre de nucléotides que le motif répétitif possède : mono, di, tri, tétra, penta ou hexanucléotide.

La classification comprend également le modèle d'ordre des raisons :

• Pur ou parfait : Une seule raison répétée n fois en série. ex : (AC)₉.
• Pure interrompu : un seul motif répété n fois, où les nucléotides sont intercalés entre les différentes répétitions. ex : (CA)₂AA(CA)₁₂.
• Composés : deux motifs ou plus répétés en série. ex : (GT)₂(TG)₁₀.
• Composés interrompus : au moins un de ses motifs contient des nucléotides intercalés. ex : (CT)₄(GT)₂CTAT (GT)₁₅.
• Complexes : combinaisons entre les classes précédentes, sans modèle d'ordre défini. ex : (ACC)₈ + TG + (GA)₁₂ + (TTA)₅ + GC + (TTA)₄.

Effets biologiques des mutations microsatellites

De nombreux microsatellites se trouvent dans l'ADN non codant et sont biologiquement réduits au silence. D'autres se retrouvent dans l'ADN régulateur ou même codant - les mutations microsatellites dans de tels cas peuvent conduire à des changements phénotypiques et à des maladies. Des études récentes fournissent des preuves que les microsatellites peuvent agir comme des "potentialisateurs" des gènes régulateurs pertinents de la maladie.

Effets sur les protéines

Chez les mammifères, 20 % à 40 % des protéines contiennent des séquences de répétition d'acides aminés codées par des répétitions de séquences courtes. La plupart de la séquence courte qui est répétée dans les parties du génome codant pour la protéine a une unité répétitive de trois nucléotides, car la longueur ne provoquera pas de changement du cadre de lecture lors de la mutation. Chaque séquence répétée de trinucléotide est transcrite en une série répétée des mêmes acides aminés.

Dans la levure, les acides aminés répétés les plus courants sont la glutamine, l'acide glutamique, l'asparagine, l'acide aspartique et la sérine.

Des mutations dans ces segments récurrents peuvent affecter les propriétés physiques et chimiques des protéines, avec le potentiel de produire des changements graduels et prévisibles dans l'action de la protéine.

Par exemple, les changements de longueur en tandem de régions répétées du gène Runx2 entraînent des différences de longueur du visage chez les chiens domestiques (Canis familiaris), avec une relation entre les longues séquences et les longs visages. Cette association s'applique également à un plus grand nombre d'espèces de carnivores.

Les changements de longueur dans les voies polyalanines du gène HOXA13 sont liés au syndrome peau-organes génitaux de la main, un trouble du développement chez l'humain.

Ces changements sont liés à plus de 40 maladies neurologiques chez l'homme. Des changements évolutifs de la réplication de glissement interviennent également dans les organismes les plus simples. Par exemple, les modifications de la longueur des microsatellites sont courantes dans les protéines de la membrane membranaire de la levure, ce qui permet une évolution rapide des propriétés cellulaires.

Spécifiquement, la longueur change dans le contrôle du gène FLO1 du niveau d'adhérence aux substrats. Les séquences courtes répétitives fournissent également un changement évolutif rapide des protéines dans les bactéries pathogènes; cela peut vous permettre de suivre les changements immunologiques chez vos hôtes.

Effets sur la régulation des gènes

Les modifications de la longueur des microsatellites au sein des promoteurs et d'autres régions cis-régulatrices peuvent également modifier rapidement l'expression des gènes, entre générations. Le génome humain contient de nombreuses séquences courtes (> 16 000) répétées dans des régions régulatrices, ce qui permet de légers ajustements dans l'expression de nombreux gènes.

Des changements dans la longueur des récepteurs statiques bactériens peuvent affecter la formation de fimbrias d'Haemophilus influenza, modifiant ainsi le promoteur. Les minisatellites sont également liés à des variations abondantes dans les régions de contrôle cis-régulatrices du génome humain. Et les microsatellites dans les régions de contrôle du gène du récepteur de la vasopressine 1a chez les champignons influent sur leur comportement social et sur le niveau de monogamie.

Effets dans les introns

Les microsatellites au sein des introns influencent également le phénotype, par des moyens qui ne sont pas encore compris. Par exemple, une expansion du triplet de GAA dans le premier intron du gène X25 semble interférer avec la transcription et provoquer une ataxie de Friedreich. Les répétitions en tandem dans le premier intron du gène de l'asparagine synthétase sont liées à la leucémie lymphoblastique aiguë.

Un polymorphisme répété dans le quatrième intron du gène NOS3 est lié à l'hypertension dans une population de Tunisie. La réduction des longueurs de répétition du gène EGFR est liée aux ostéosarcomes.

Une forme archaïque d'épissage conservée chez le poisson zèbre est connue pour utiliser des séquences de microsatellites dans l'ARNm intron pour l'élimination des introns en l'absence de U2AF2 et d'autres machines d'épissage.

Effets dans les transposons

Près de 50 % du génome humain est contenu dans divers types d'éléments de transposition (également appelés transposons, ou "gènes sauteurs"), et beaucoup d'entre eux contiennent de l'ADN répétitif. Il est probable que des répétitions de séquences courtes à ces endroits soient également impliquées dans la régulation de l'expression génique.

Applications

Les microsatellites étant plus ou moins répartis dans le génome des eucaryotes, bien que de basse fréquence dans les régions codantes et peut-être aussi dans les télomères, et ses avantages particuliers en termes de polymorphisme, de faible coût et de codominance, l'utilisation de microsatellites a eu un impact important sur l'étude de la génétique des animaux, des plantes et des humains depuis sa découverte en 1989.

Le niveau élevé de polymorphisme qu'il présente peut être dû à l'ADN polymérase, qui, lorsqu'elle amplifie les régions dans lesquelles il y a des répétitions, augmente le nombre de défaillances, entraînant une augmentation ou une diminution du nombre de répétitions et la recombinaison de chromosomes homologues, une recombinaison peut survenir, en d'autres termes, un croisement inégal intervient, dans lequel l'un des chromosomes contient plus d'informations que l'autre.

Dans les études de couplage, lorsqu'on a étudié des familles ayant une maladie concentrée, elles ont pu décrire des maladies monogéniques ou oligogéniques. De cette manière, des gènes ont été localisés comme BRCA1 et BRCA2 (cancer du sein 1 et cancer du sein 2) ou MSH2 (homologue MutS 2).

Tests de paternité

Le principe des tests de paternité utilisant des marqueurs moléculaires consiste à comparer le génotype et / ou le phénotype de la progéniture avec celui de leurs parents. En tant que principe "mendélien", l'un des allèles présentés par un individu provient du père et l'autre de la mère. Dans cette analyse, ainsi que l'identification individuelle, l'identification du ou des témoins, tant au niveau phénotypique que génotypique, doit être parfaitement connue et concordante avec les informations obtenues lors des analyses effectuées sur l'individu.

Le polymorphisme élevé que présentent les SSR et la possibilité de détecter les deux allèles les rendent très utiles pour les identifications individuelles chez l'homme, car il est très improbable que deux individus choisis au hasard, s'ils sont analysés pour une série de marqueurs, partagent toutes leurs propriétés. allèles.

Il existe de nombreuses DOS qui répondent aux caractéristiques nécessaires pour identifier une personne, mais pour la création d'une seule empreinte génétique, seules 16 sont utilisées, ce qui peut être étendu à 21. Avec ce nombre de marqueurs, il est pratiquement impossible pour deux avoir le même profil génétique.

Pour sélectionner les marqueurs à utiliser, ils doivent présenter les caractéristiques décrites ci-dessus et également : variabilité élevée, héritage stable (faible taux de mutation), reproductibilité et précision élevées, absence d'allèles "nuls", soit une procédure simple et rapide, économique, potentiellement automatisable, que l'information du génotype puisse être transférée rapidement, que la source de l'ADN ne se limite pas à des échantillons de sang frais ou à de grandes quantités d'ADN et qu'elle présente enfin une ségrégation indépendante avec d'autres marqueurs lorsqu'elle est combinée la preuve.

Traditionnellement, les tests de paternité ont été effectués principalement au moyen de groupes sanguins, comprenant des tests sérologiques et des tests de groupe sanguin (hémotypes); ainsi que l'analyse électrophorétique du polymorphisme des protéines et des enzymes sanguines (allozymes). Actuellement, ces tests ont été remplacés par l'utilisation de microsatellites.

La combinaison de ces systèmes offre une probabilité de 97 % de détecter ou d'assigner un père ou une mère correct(e) et environ 100 % de probabilités de croisement entre individus.

Le développement de méthodologies d'analyse de l'ADN, et en particulier l'utilisation de la technique de PCR pour le typage des microsatellites, modifie radicalement le champ de l'identification individuelle, non seulement chez l'homme, mais aussi chez l'animal domestique.

C'est pour cette raison et étant donné le grand nombre de rapports de synthèse signalés pour différentes espèces, que la Société internationale de génétique animale (ISAG) et l'Organisation pour l'alimentation et l'agriculture (FAO) ont sélectionné et normalisé différents microsatellites appartenant à différentes espèces d'animaux domestiques (bovins)., équidés, porcs, chiens, ovins, caprins) afin d'être utilisés pour des études d'identification et des travaux sur la diversité génétique des races domestiques.

Cartographie génétique

Une autre application des microsatellites est la construction de cartes de liaison plus complètes et détaillées; ainsi que l'identification des gènes d'intérêt (QTL).

Tous les marqueurs peuvent être utilisés pour créer des cartes de liaison. Cependant, il est nécessaire que les allèles se séparent indépendamment et qu'ils puissent également être surveillés via le pedigree. La progéniture peut être informative si les parents sont des doubles hétérozygotes aux locus analysés.

es locus situés sur différents chromosomes pourraient librement se recombiner au cours de la gamétogenèse parentale jusqu'à 50 % (ségrégation indépendante); alors que s'ils se trouvaient dans le même chromosome, ils se recombineraient avec une fréquence qui oscille entre 0 et 50 % en fonction de la distance en centimètres -centimètres (cM) présente entre eux.

Ainsi, une carte génétique bien fournie des marqueurs devient un outil très utile pour identifier les gènes responsables des caractères d'intérêt.

L'objectif est de rechercher une association entre plusieurs allèles, dans n'importe lequel des marqueurs, en effectuant une ségrégation en populations présentant un caractère intéressant, afin d'identifier les régions du génome où le gène responsable de ce caractère a le plus de chance d'être trouvé.

Criminalistique

En plus des applications qu'ils présentent précédemment, les DOS peuvent également être utilisées en investigation médico-légale, car avec une très petite quantité d'ADN, un profil génétique adéquat peut être obtenu. Cela permet l'identification d'échantillons se trouvant sur les lieux du crime, en plus de la création d'une base de données contenant les profils génétiques des criminels signés par la police.

Lors de la comparaison de deux profils génétiques, il est important de considérer quelle serait la probabilité que le profil génétique trouvé sur les lieux du crime provienne d'une personne aléatoire de la population. Ceci est particulièrement important dans le cas où vous avez des profils génétiques partiels, c'est-à-dire qui ne contiennent pas le minimum de 16 DOD légiférés pour l'Homme. Si nous avons un suspect que nous voulons comparer à l'ADN de la scène du crime, nous devons nous assurer que les échantillons correspondent.

La probabilité que les 16 STR d'un échantillon coïncident avec celles d'un autre échantillon est de 1 × 10^-18, ce qui nous donne une idée de la fiabilité de cette méthode d'identification.

La législation en matière de stockage et de traitement de ces informations varie d'un pays à l'autre. Elle trouve des cas dans lesquels ces informations sont conservées dans les dossiers de la police sous une forme indéterminée ou d'autres où elles sont supprimées après un certain délai ou lorsque les informations sont conservées. personne a prouvé son innocence.

Les raisons pour lesquelles ces informations entrent dans ces bases de données sont également variables, pouvant être ajoutées au moment où une personne est considérée comme suspecte ou attendent la résolution du procès pour déterminer son entrée ou non.

Autre sens

En astronautique, un microsatellite est un satellite artificiel de quelques centaines de kilogrammes.

En rapport avec "microsatellite"

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• génome

  

  Le génome est l'ensemble haploïde du matériel génétique chromosomique d'un organisme. Il contient toutes les informations nécessaires au développement...

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