L'ADN mitochondrial (ADNmt)
L'ADN mitochondrial (ADNmt, ADNm) est un petit ADN annulaire dans les mitochondries, et non dans le noyau cellulaire. Les mitochondries contiennent également leur propre type de ribosomes. L'ADNmt double brin chez l'homme contient 37 gènes dans le génome mitochondrial : 22 codent pour l'ARNt, 2 pour l'ARN ribosomique et les 13 autres pour les protéines.
L'ADN mitochondrial :
L'ADN mitochondrial humain (ADNmt) se compose d'un brin d'ADN circulaire léger (interne) et d'un brin lourd (externe), chacun contenant une origine de réplication distincte appelée OL et OH, respectivement.
Généralités
Il y a des centaines de mitochondries par cellule et celles-ci contiennent chacune de nombreux chromosomes circulaires. Ceux-ci contiennent tous les mêmes gènes,mais ne doivent pas toujours être identiques. Il s'agit de l'hétéroplasmie. L'homoplasmie est la situation où seules des copies d'ADNmt identiques sont présentes. La mitochondrie ne code pas entièrement pour ses propres protéines. Les gènes codant pour les ~1 500 protéines mitochondriales restantes ont été déplacés vers l'ADN dans le noyau cellulaire au cours de l'évolution. La plupart des produits protéiques de ces gènes ont alors une séquence de translocation spéciale, de sorte qu'ils seront transportés vers les mitochondries et importés.
Ces organites cellulaires mitochondriaux au sein des cellules eucaryotes convertissent l'énergie chimique des aliments en une forme utilisable par les cellules, l'adénosine triphosphate (ATP synthase).
Le génome mitochondrial, ou ADN mitochondrial (ADNmt), est situé sur la membrane interne de la mitochondrie des cellules eucaryotes. Sa taille varie selon les espèces, allant de 16,2 kb chez la souris à 16,7 kb chez le porc, et chez l'Homme, elle atteint 16,6 kb. Le génome mitochondrial code 13 sous-unités de la chaîne de transfert d'électrons.
ADNmt humain
L'ADNmt humain comprend 16 569 nucléotides et code 37 gènes, dont 2 ARN ribosomiques (ARNr) et 22 ARN de transport (ARNt) nécessaires à la synthèse des protéines. Les protéines codées mitochondriales constituent des parties essentielles de la chaîne respiratoire en contribuant sept sous-unités au complexe I, une sous-unité au complexe III, trois sous-unités au complexe IV et deux sous-unités au complexe V (adénosine triphosphate, ATP synthase).
Les promoteurs sur le brin lourd (P H1 et P H2) et sur le brin léger (P L) pilotent l'expression du gène de l'ADNmt. Le récepteur des glucocorticoïdes (GR) se lie à l'ADNmt près de la boucle D chevauchant l'origine OH. Sur l'image ci-dessus, les couleurs de chaque gène correspondent aux complexes de la chaîne respiratoire.
Héritage
L'ADN mitochondrial hérite normalement chez les animaux et les plantes exclusivement par la lignée femelle et ne se transfère donc pas avec le sperme ou le pollen. Chez les animaux, les mitochondries du spermatozoïde mâle sont situées dans sa queue, qui ne pénètre généralement pas dans l'ovule pendant la fécondation. Cependant, quelques exemples de transmission de l'ADN mitochondrial par le père, probablement à la suite d'une mutation, ont été décrits.
Chez les plantes avec leur double fécondation, le spermatozoïde qui féconde la cellule centrale finit par obtenir toutes les mitochondries mâles, le spermatozoïde qui féconde l'ovule ne les obtient pas et donc l'embryon non plus, de sorte que la génération suivante n'obtient que les mitochondries de la plante mère. Chez les plantes autofertilisantes, les mitochondries de l'ovule sont identiques à celles qui manquent dans le spermatozoïde, de sorte que l'exclusion paternelle n'a aucun effet là-bas.
Le fait de l'héritage maternel de l'ADNmt est utilisé pour cartographier la distribution des ancêtres ou plutôt des ancêtres de l'homme à l'époque préhistorique. Cette hypothétique "Eve mitochondriale" dont descendent finalement tous les peuples du monde semble être venue d'Afrique, il y a environ 140 000 à 200 000 ans. La datation dépend fortement des estimations de la fréquence à laquelle des mutations accidentelles dans l'ADN mitochondrial surviennent. Chez l'homme, il s'agit probablement d'environ 1 mutation par 10 000 ans.
L'ADNmt a également été utilisé pour cartographier la migration du chêne pédonculé vers le nord après la dernière période glaciaire.
Réplication de l'ADNmt
Le facteur de transcription mitochondrial A (TFAM) initie un processus permettant à la sous-unité catalytique de la polymérase mitochondriale spécifique, la polymérase gamma (POLG) A, de copier l'ADNmt. Ce processus est soutenu par trois autres facteurs : POLGB, sous-unité accessoire de POLGA; l'hélicase mitochondriale Twinkle; et la protéine de liaison simple brin mitochondriale.
Ces facteurs contribuent à la formation du nucléoïde central de l'ADNmt, responsable de la transcription, de la réplication et de l'empaquetage du génome mitochondrial. Parmi les autres éléments du nucléoïde central figurent les facteurs de transcription clés, à savoir TFB1M, TFB2M, l'ARNmt polymérase et mTERF1. Les cellules à forte consommation d'énergie, telles que les cellules cardiaques, musculaires, hépatiques et cérébrales, possèdent un nombre élevé de copies d'ADNmt. Cela permet à ces cellules de générer suffisamment d'ATP par phosphorylation oxydative (OXPHOS) pour assurer leurs fonctions cellulaires complexes et énergivores.
Pour ces cellules, l'OXPHOS est le processus le plus approprié, car il génère 32 molécules d'ATP, contre deux produites par l'autre voie clé de production d'énergie, la glycolyse. Les cellules des tissus, comme la rate, possèdent moins de copies d'ADNmt et de mitochondries et sont donc beaucoup plus dépendantes de la glycolyse. Néanmoins, l'utilisation d'expériences d'impulsions de BrdU a démontré que l'ADNmt est répliqué de manière semi-conservatrice et des preuves supplémentaires ont été apportées dans les ovocytes, où la réplication est effectivement très focale par nature.
Ploïdie de l'ADNmt
Il est bien documenté qu'il existe une variabilité considérable du nombre de mitochondries présentes dans les cellules matures. Français Ceci est peut-être mieux démontré par le très faible nombre dans le sperme humain mature, où 22 à 75 mitochondries sont emballées de manière hélicoïdale autour de la pièce médiane, et le nombre élevé réparti dans le cytoplasme des ovocytes fécondables. Cependant, il y a eu beaucoup de controverse sur le nombre de copies d'ADNmt présentes dans chaque mitochondrie. Cela peut varier de 1 à 15 copies selon la façon dont les analyses ont été effectuées.
Les premières découvertes suggéraient qu'il y avait 2 à 8 copies d'ADNmt par nucléoïde. Des recherches ultérieures ont déterminé que TFAM était non seulement l'initiateur de la transcription et de la réplication de l'ADNmt, mais était également une protéine d'emballage très abondante, qui médie la formation de molécules d'ADNmt en nucléoïdes. Sur la base des niveaux de TFAM présents dans les cellules, il a été proposé qu'il y ait une molécule d'ADNmt par nucléoïde. D'autres soutiennent que ce chiffre pourrait toutefois atteindre 1,4 à 3 molécules d'ADNmt par nucléoïde. La connaissance du nombre de molécules d'ADNmt par nucléoïde et par mitochondrie est importante pour notre compréhension de la ségrégation et de la transmission de l'ADNmt mutant.
Problèmes
Une hérédité mitochondriale est caractéristique de certains troubles, car ceux-ci ne peuvent être transmis que par la mère. Lors de la fécondation, le zygote (produit de fusion du spermatozoïde et de l'ovule) reçoit tout le cytoplasme de l'ovule, dans lequel se trouvent les mitochondries. Ces troubles surviennent souvent dans les parties du corps et les organes qui nécessitent beaucoup d'énergie (cerveau, coeur, yeux, oreilles), car l'ADNmt fournit la phosphorylation oxydative, l'apport énergétique dans la cellule.
La thérapie de remplacement mitochondrial (TRM) remplace l'ADN mitochondrial muté d'un ovule par de l'ADN mitochondrial sain provenant d'un donneur, afin de prévenir la transmission héréditaire du défaut. Le génome de l'enfant provient alors de trois personnes ensemble.
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