La majorité des microlésions délétères est localisée en séquence codante, avec un effet direct sur la séquence en acides-aminés de la protéine correspondante. Plus rarement, des microlésions en région codante ou non-codante peuvent avoir un effet délétère sur la régulation de l’expression d’une protéine.
L’information génétique pour la synthèse des protéines est contenue majoritairement dans les exons. L’enchaînement en nucléotides de la séquence codante détermine, grâce au code génétique, l’enchaînement en acides-aminés de la protéine qui sera synthétisée. L’effet délétère des microlésions en séquence codante dépend alors essentiellement du type de microlésion (détaillé dans le paragraphe suivant). Mais le processus de synthèse protéique dépasse la simple linéarité entre la séquence codante génomique et la séquence en acides-aminés de la protéine correspondante, et fait intervenir des mécanismes complexes de régulation de l’expression. Les phénomènes d’organisation dynamique des loci génomiques, de transcription, d’expression et de maturation protéique sont ainsi contrôlés par des séquences régulatrices, qui peuvent être localisées hors de la séquence codante (introns, exons non-codants, régions intergéniques, …), voire même directement dans la séquence codante. Toute microlésion altérant l’un de ces phénomènes peut avoir un effet délétère.
NB : Par la linéarité du code génétique, une mutation en séquence codante génomique peut avoir un effet directement transposé au niveau de la séquence en acides-aminés de la protéine codée. Mais comme souligné auparavant, il ne faut pas oublier que toute mutation en séquence codante peut avoir un éventuel effet délétère sur l’ARN messager. Pour toute microlésion, il faut donc prendre en compte l’impact fonctionnel éventuel au niveau de l’ARN messager et/ou de la protéine codée.
- Mutation de type « faux-sens »: le codon muté code un autre acide aminé*
La modification d’acide-aminé au niveau de la protéine peux être tolérée par la cellule sans conséquence délétère, ce qui explique que de nombreuses variations de séquence de type « faux-sens » n’ont pas d’effet pathogène, et constituent par ailleurs une part importante des polymorphismes (de type SNPs). Mais en fonction de la localisation de l’acide-aminé touché, les mutations faux-sens peuvent avoir des effets délétères (altération du repliement protéique, de la stabilité protéique, de domaines fonctionnels, de sites d’interaction avec d’autres protéines, etc.), de type perte de fonction ou gain de fonction.
- Mutation de type « non-sens »: le codon muté code un codon stop*
Ce type de mutation est généralement pathogène, responsable de la synthèse d’une protéine tronquée, qui sera instable et dégradée (effet perte de fonction), ou avec un effet dominant négatif (effet gain de fonction).
- Le cas particulier des mutations de type « isosémantique » ou « synonyme »: le codon muté code pour le même acide aminé
Le code génétique étant « dégénéré » (plusieurs codons pouvant coder un même acide-aminé), certaines substitutions au niveau de la séquence génomique ne modifient théoriquement pas la séquence en acides-aminés de la protéine correspondante, donc seraient sans effet pathogène. Ces mutations « isosémantiques » ont ainsi également été appelées « silencieuses ». Comme de nombreuses variations de type « faux-sens », les mutations « isosémantiques » constituent aussi une part importante des polymorphismes (de type SNPs). Cependant, depuis une dizaine d’années, il a été clairement démontré que certaines mutations « isosémantiques » peuvent avoir un effet délétère, résultant non d’une modification directe de la séquence protéique, mais d’un effet délétère de la mutation génomique sur un motif de séquence nucléotidique (par exemple effet sur un motif impliqué dans l’épissage, sur un motif impliqué dans la régulation du niveau d’expression, etc.) Ce type de mutation est donc le meilleur exemple soulignant que pour toute microlésion, il faut prendre en compte l’impact fonctionnel non seulement au niveau de la protéine codée, mais aussi au niveau de l’ARN messager.
La conséquence des insertions et/ou délétions de nucléotides dépend schématiquement de la conséquence sur le cadre de lecture, défini par la succession des codons constituant la séquence codante. Puisque chaque codon comporte trois nucléotides, deux situations sont possibles :
- Les insertions et/ou délétions de multiples de trois nucléotides , n’entraînant pas de décalage du cadre de lecture. La conséquence au niveau protéique pourra être un gain ou une perte en acides-aminés, avec éventuellement un changement d’acide-aminé par rapport à la séquence initiale, au niveau de la jonction résultant de l’insertion et/ou la délétion. Le retentissement fonctionnel est variable selon la localisation au niveau de la protéine : l’insertion et/ou la délétion de nouveau(x) acide(s)-aminé(s) peut être « tolérée », ou délétère. Un effet délétère important peut aussi résulter de la création d’un codon stop à la jonction résultant de l’insertion et/ou la délétion.
- Les insertions et/ou délétions de non-multiples de trois nucléotides, responsables d’un décalage du cadre de lecture, qui entraînera la survenue prématurée d’un codon stop (ou dans de rares cas un décalage du codon stop en aval). L’effet délétère sera donc semblable à l’effet des mutations non-sens: synthèse d’une protéine tronquée, qui sera instable et dégradée (effet perte de fonction), ou avec un effet dominant négatif (effet gain de fonction)*.
Il y a donc un retentissement fonctionnel sévère expliquant que ce type de mutation est généralement pathogène.
Les microlésions en séquence non-codante peuvent également être de type substitution ou délétions/insertions, de la même manière que les microlésions en séquence codante. Les séquences non-codantes (comportant notamment les introns et les régions intergéniques) constituent plus de 95% du génome, et ont longtemps été considérées comme non-fonctionnelles (« junk DNA » ou « ADN poubelle »). Mais il est aujourd’hui clairement établi que l’ADN non-codant comporte des séquences régulatrices essentielles pour l’expression des gènes.
En conséquence, des mutations en séquence non-codante peuvent avoir des effets délétères en altérant des séquences régulatrices. Il peut s’agir par exemple d’effets délétères sur la régulation de la transcription (mutations du promoteur, d’Enhancers, de Silencers,…), de la maturation de l’ARN messager (et surtout l’épissage) ou de la stabilité de l’ARN messager. Encore une fois, l’effet délétère peut se situer au niveau de l’ARN messager (effet direct quantitatif ou qualitatif) ou au niveau protéique (effet indirect quantitatif ou qualitatif).
Il est à souligner que les techniques routinières de génétique moléculaire, et en particulier le séquençage direct (méthode de Sanger), imposent des limites en termes de taille de séquence analysable. Ceci constitue la principale raison pour laquelle une analyse mutationnelle d’un gène porte le plus souvent essentiellement sur les exons du gène (analyse de la séquence codante), et les bornes introniques flanquantes (analyse des sites donneurs et accepteurs d’épissage). C’est en général dans ces régions que sont concentrées la majeure partie des mutations délétères. Avec les techniques routinières, il serait trop lourd, long et couteux d’analyser pour un gène donné la totalité du locus génomique correspondant, dont la taille est au moins dix fois plus grande que la séquence codante. Ainsi, une grande partie des régions non-codantes d’un gène donné n’est donc pas analysée en routine, ne permettant pas de mettre en évidence d’éventuelles mutations délétères dans ces régions.
L’avènement des techniques d’analyse moléculaire à haut débit, en particulier le séquençage à haut débit, devrait permettre d’être plus exhaustif.
