Il y a un échange très déroutant dans Through the Looking Glass de Lewis Carroll:
« quand j’utilise un mot”, a déclaré Humpty Dumpty, sur un ton plutôt méprisant, « cela signifie exactement ce que je choisis de vouloir dire—ni plus ni moins.”
Quand les gens utilisent le mot « gène” il est aussi important de savoir ce qu’ils veulent dire. La signification peut dépendre du fait que l’on parle de porter un gène, d’exprimer un gène, de transférer un gène ou de discuter du nombre de gènes que nous avons.,
une des raisons pour lesquelles la définition est si déroutante est que le terme a été inventé en 1909, avant que nous sachions vraiment ce qu’était un gène. Et les effets des gènes – caractéristiques héréditaires – ont été observés avant que nous comprenions les gènes.
Au fur et à mesure que nos connaissances ont progressé, la définition du mot gène a évolué; et avec toutes les informations du nouveau projet ENCODE, la définition doit être à nouveau mise à jour. Pour un excellent résumé académique de la définition actuelle, voir le récent article et l’affiche dans la revue Genome Research.,
la base moléculaire de l’héritage
Le Moine autrichien Gregor Mendel a effectué la première génétique dans les années 1860 et a montré que les caractéristiques étaient héritées.
Nous avons toujours su que les graines de pois poussent en plantes de pois, pas en kangourous. De plus, les plantes à fleurs rouges ont généralement une progéniture à fleurs rouges: les enfants ressemblent à leurs parents.
Mendel a montré que le croisement d’un pois rouge avec un pois blanc pouvait donner naissance à des pois Non roses mais blancs ou rouges.,
ce point nous manque parfois parce que nous avons tous des fonctionnalités de nos deux parents, et de nombreuses fonctionnalités semblent se fondre. Mais Mendel a montré que des caractéristiques distinctes pouvaient être héritées intactes et nous pouvons les considérer comme étant chacune codée par un gène.
Mais Mendel n’a jamais utilisé le mot « gène”. Ni Darwin. Le mot gène a été utilisé pour la première fois en 1909 par le botaniste danois Wilhelm Johnannsen pour désigner « les déterminants présents which de nombreuses caractéristiques de l’organisme sont spécifiées”.
plus tard, il a été constaté que, quel que soit le matériau porteur de ces caractéristiques, il était linéaire, comme une chaîne. En 1915, le généticien américain Thomas Morgan a constaté que certains gènes avaient tendance à être co-hérités (les mouches pourraient Co-hériter des ailes courtes et des yeux rouges d’un parent, plus souvent que les ailes courtes et les pattes courtes).
il en déduit que cela pourrait signifier que certains gènes étaient proches les uns des autres, un peu comme des perles sur une chaîne.
l’idée que le matériel génétique était linéaire est née. Mais nous ne savions toujours pas ce que c’était.,
dans les années 1940, le médecin américain Oswald Avery a montré qu’une enzyme qui mâche L’ADN, la DNase, pouvait détruire les gènes.
nous savions enfin que le matériel génétique était de l’ADN.
en 1953, James Watson et Francis Crick, ainsi que Maurice Wilkins, en utilisant les données de Rosalind Franklin, ont montré que L’ADN était trouvé sous la forme d’une double hélice. Le fait qu’il était double, avec deux brins correspondants, a suggéré comment il pourrait être reproduit.
les Premières définitions d’un gène
Mais ce fut précisément un gène?, Crick a expliqué comment L’ADN pourrait être » transcrit « en ARN (acide ribonucléique) et L’ARN pourrait être” traduit » en protéine. Pensez à une protéine comme un outil biologique qui fait quelque chose-c’est-à-dire l’hémoglobine qui transporte l’oxygène dans votre sang.
cela nous a donné notre première définition solide:
un gène est un tronçon D’ADN qui code un morceau d’ARN qui code une chaîne de protéines.
Les détails techniques sont complexes mais imaginons comment vous pourriez faire une hache en métal, ou plusieurs axes.,
Imaginez un segment D’ADN groupé sous la forme précise d’une tête de hache. Considérez que l’ARN se niche et forme l’impression d’une tête de hache-il est maintenant comme un moule ou un moulage.
L’ARN sort de la salle de stockage de L’ADN – le noyau – et vous versez du fer fondu. Il durcit et sort une tête de hache. Vous auriez un autre moule pour la poignée en métal.
la tête de hache et la poignée rebondissent ensuite dans la cellule, se trouvent et s’auto-assemblent. , Les modifications Post-traductionnelles, semblables à l’affûtage, peuvent être effectuées par d’autres machines de la cellule.
Si nous moulons beaucoup d’axes, alors nous disons que le gène est exprimé à des niveaux élevés; s’il y a peu ou pas d’axes, le gène est exprimé à un niveau bas, ou est silencieux.
Nous pouvons utiliser l’analogie de la hache d’une autre manière. Une définition d’un gène est une région qui fait un outil de protéine. Mais il y a beaucoup de gènes D’ADN qui font L’ARN et le processus s’arrête là.,
de même, L’ARN pour une tête de hache-ou une comme elle – pourrait faire un support parfait pour une hache: il n’a pas besoin de continuer à faire la hache elle – même.
ce gène produirait ce qu’on appelle un « ARN non codant”-un ARN qui a une fonction en soi et n’a pas besoin de coder une protéine.
Les premières formes de vie utilisaient probablement de l’ARN et s’en sortaient sans protéines ni ADN. Nos outils cellulaires les plus anciens – ARNt et ARNr – qui travaillent sur la chaîne d’assemblage, fabriquant des protéines, ne sont jamais eux-mêmes traduits en protéines.,
plus intéressant, des travaux récents, tels que le projet ENCODE, suggèrent que nous avons sous-estimé le nombre d’ARN non codants. Un problème, cependant, est qu’il semble également y avoir de L’ARN de bruit qui fait probablement peu de mal mais pas de bien non plus, donc tous les ARN ne seront pas fonctionnels. Tous les segments d’ADN qui codent un ARN ne sont pas un gène.
à ce stade, il est important de souligner qu’il n’y a pas de moulages réels ou de fer fondu, mais plutôt des chaînes de blocs ressemblant à des Lego de différentes formes. Une section des blocs D’ADN est lue en blocs D’ARN.,
Les blocs D’ARN sont lus dans 20 différents blocs de construction de protéines qui se replient selon leur forme pour faire, dans ce cas, une poignée de hache peut-être.
La Hache ne ressemble pas du tout à L’ADN ou à l’ARN; la séquence des blocs Lego est dictée par la séquence dans l’ADN, via un code spécial – appelé code génétique.
une définition enfin
Mais maintenant nous avons une définition pour un gène:
Les gènes sont des étendues D’ADN qui ont le potentiel de créer un outil ou une caractéristique – comme la couleur rouge dans la fleur de pois.,
le résultat est appelé le « phénotype”, et notre « génotype” (notre matériel génétique) ainsi que les intrants environnementaux créent notre phénotype. L’organisation de Nomenclature du génome humain définit un gène comme « un segment D’ADN qui contribue au phénotype / fonction ».
Un gène est une section linéaire de l’ADN d’un chromosome qui contribue d’une fonction pour l’organisme. Il y a beaucoup de gènes sur chaque chromosome humain – des milliers.
Il existe également des régions d’espacement entre les gènes et même à l’intérieur des gènes (introns) qui peuvent ou ne peuvent rien faire.
certains le font – la région principale de contrôle du gène (le promoteur) se trouve juste en amont ou autour du point de départ du gène; mais il existe également des éléments enhancer et silencer qui peuvent être positionnés à de très grandes distances le long du chromosome et réguler le niveau d’expression.
Il n’est pas clair s’il faut inclure ou non les régions témoins dans le gène., À proprement parler, le gène n’est généralement que la « partie codante” – la moisissure – mais les mutations dans les régions témoins peuvent être tout aussi dommageables que celles de la moisissure elle-même.
Une bonne définition D’un gène est donc la région entière de l’ADN nécessaire à la synthèse d’un ARN ou d’une protéine fonctionnelle.
Au début, on pensait que chaque gène produisait un outil protéique, mais nous pouvons utiliser notre analogie de la hache pour expliquer comment un gène peut produire plus d’une protéine ou d’un outil.,
le gène de la poignée de hache pourrait être « épissé” – un processus où des bits sont découpés dans la transcription de l’ARN avant qu’il ne soit traduit en protéine. De cette façon, nous pourrions produire un manche court pour faire un tomahawk ou une hachette au lieu d’une hache pleine grandeur.
la quantité d’épissage alternatif chez l’homme est étendue et généralement plusieurs produits génétiques sont fabriqués à partir de chaque gène.
La définition post-encodée suggérée d’un gène est la suivante:
Une union de séquences génomiques codant un ensemble cohérent de produits fonctionnels potentiellement chevauchants.,
pourquoi aurions-nous développé un gène pour le cancer?
Nous pouvons maintenant également expliquer ce que signifie pour une plante de porter le gène des fleurs rouges – cela peut signifier que la plante a une portion d’ADN qui code une enzyme (un outil protéique qui catalyse les réactions chimiques) pour produire un pigment de couleur rouge.
mais existe-t-il un gène pour les fleurs blanches? Il peut juste y avoir une erreur dans le gène de la fleur rouge de sorte que l’enzyme ne fonctionne plus, de sorte que les fleurs n’ont pas de couleur.,
cela explique également la confusion entre décrire le gène en termes d’outil qu’il fabrique ou l’effet final de cet outil.
Que signifie porter le gène du cancer du sein? Cela ne signifie pas qu’un gène spécial a évolué et a pour fonction de provoquer le cancer du sein.
cela signifie qu’un gène impliqué dans la limitation du doublement cellulaire dans le tissu mammaire ou dans la maintenance de l’ADN est muté et ne fonctionne plus. Ainsi, la probabilité d’un cancer en croissance est augmentée. Le gène prédispose le porteur au cancer – il ne le provoque pas.,
le gène de l’hémophilie n’est pas là pour provoquer des saignements: c’est un gène qui, lorsqu’il est muté, entraîne un facteur de coagulation défectueux et un saignement en résulte.
Il existe plusieurs gènes pour le cancer du sein et deux gènes communs pour l’hémophilie. Tout comme la mutation du gène de la tête de hache ou du gène de la poignée de hache entraînerait l’échec de la hache, de nombreuses protéines biologiques fonctionnent ensemble ou dans des voies, et briser n’importe quel maillon de la chaîne peut avoir des résultats graves.,
la chose la plus déroutante est que le « gène du cancer du sein” peut avoir une relation très indirecte avec la biologie du sein.
Si les gens étaient des planètes et que l’on avait une mutation dans son gène de poignée de hache, un biologiste moléculaire observerait qu’il n’y avait pas d’axes fonctionnels sur la planète, mais un généticien aurait d’abord remarqué que le monde était couvert d’arbres.
le gène ne s’appellerait pas le gène de la hache, mais serait d’abord remarqué comme le gène de la fabrication des forêts., Ce ne serait que plus tard que quelqu’un cartographierait le gène, le clonerait et découvrirait ce qu’il encodait et comment son produit fonctionnait.
Combien de gènes avons-nous?
Nous ne savons toujours pas combien de gènes nous avons avec certitude. Un tirage au sort célèbre a été effectué lorsque le génome humain – tout notre ADN – a été séquencé pour la première fois, et les estimations étaient aussi élevées que 100 000. Mais nous pensons maintenant que le nombre est beaucoup moins.
on peut repérer de nombreux gènes par ordinateur car ils ont certaines caractéristiques clés – un ARN est lu à partir d’eux et le code génétique se traduit par une protéine de longueur raisonnable., Mais il est difficile d’identifier des gènes courts et des gènes ARN fonctionnels non codants.
Il y a probablement environ 20 000 gènes codant des protéines et peut-être autant d’ARN fonctionnels codant. Nous ne connaissons pas le nombre précis, car il est très difficile de savoir quels segments d’ADN sont lus dans les produits fonctionnels. Nous ne le saurons pas à moins qu’ils ne soient mutés.,
et c’est une expérience que personne ne fera sur les humains, bien que, à mesure que nos Informations sur les populations humaines existantes et d’autres espèces augmentent, nous sommes sûrs d’améliorer notre connaissance du vaste pays des merveilles génomiques et de découvrir de nouveaux gènes que nous ne savions pas être là.
