La famille du gène de la b-globine

Le génome humain est constitué d’environ 3 milliards de paires de bases. Jusqu’à récemment, les scientifiques avaient prédit que cette grande quantité d’ADN coderait pour près de 100 000 gènes différents ; cependant, maintenant que le séquençage de l’ensemble du génome humain est presque terminé, ce nombre est tombé à seulement 30 000 gènes. En fait, une analyse approfondie du génome a montré que bien plus de 90 % du génome est constitué d’ADN non fonctionnel.

Sur l’ADN fonctionnel restant, 25 à 50 % des gènes codant pour des protéines ne se trouvent qu’une seule fois dans le génome haploïde et sont connus sous le nom de gènes solitaires. Fréquemment, l’ADN entourant un gène particulier contient des séquences qui sont des copies proches, mais non identiques, du gène. On pense que ces copies multiples sont le résultat de la duplication et de la divergence. Il s’agit du processus par lequel un gène unique est d’abord dupliqué, puis subit une pression sélective pour muter en un gène dont la séquence est similaire, mais pas identique, à celle de son gène ancestral. Un exemple de ce processus est le développement de la famille des gènes de la bêta-globine. Après avoir séquencé les gènes de la famille des globines de différentes espèces, un arbre évolutif prédisant le développement de la famille des gènes de la globine a été élaboré. Une proposition d’arbre est présentée ci-dessous et illustre la divergence des gènes de la leghemoglobine chez les plantes à l’hémoglobine et à la myoglobine chez les animaux. À chaque point de ramification, le gène s’est dupliqué, puis a muté en un nouveau gène, mais similaire. Par exemple, à un moment donné de l’histoire, le gène ancestral commun a d’abord subi une duplication. Les deux copies qui en ont résulté ont ensuite muté de différentes manières ; l’une formant l’hémoglobine des jambes, l’autre l’hémoglobine des insectes.

Figure 1 : Diagramme de l’arbre généalogique de la globine (Lodish et.al.,2000)

Un ensemble de gènes dupliqués qui codent pour des protéines ayant des séquences d’acides aminés similaires mais non identiques est connu sous le nom de famille de gènes (Lodish et.al., 2000). De nombreuses familles de gènes différentes ont été identifiées avec des fonctions diverses. Par exemple, la formation d’une molécule d’hémoglobine fonctionnelle nécessite l’utilisation des produits de deux de ces familles de gènes en combinant deux polypeptides de la famille b-globine avec deux polypeptides de la famille a-globine et quatre petits groupes d’hème. La famille de gènes de la bêta-globine située sur le chromosome 11 est représentée sur la figure ci-dessous et se compose de cinq gènes fonctionnels (cases bleues) et de deux pseudogènes (lignes diagonales).

Figure 2 : La famille de gènes de la bêta-globine sur le chromosome 11 (Lodish et.al., 2000)

Toutes les hémoglobines codées par ces différents gènes ont pour fonction de transporter l’oxygène dans le sang ; cependant, chaque gène présente des variations spécifiques de fonction. Par exemple, le gène de la globine epsilon est normalement exprimé dans le sac vitellin embryonnaire, tandis que les gènes Ag et Gg ne sont exprimés que pendant le développement fœtal. Ces protéines d’hémoglobine ont une plus grande affinité de liaison pour l’oxygène que les hémoglobines adultes codées par les gènes b et d. Cette liaison accrue permet au fœtus de se lier à l’oxygène. Cette liaison accrue permet au fœtus de réussir à extraire l’oxygène du sang sans entrer en compétition avec la mère. L’hémoglobine adulte a une affinité plus faible pour l’oxygène permettant une meilleure libération de l’oxygène dans les tissus, en particulier les muscles.

Deux régions de la famille des gènes de la globine contiennent des séquences non fonctionnelles appelées pseudogènes (cases bordées de diagonales). Ces gènes sont similaires à leurs homologues fonctionnels des gènes de la globine mais ne sont plus transcrits en ARNm en raison de changements de séquence survenus au cours de leur évolution.

Même un léger changement dans l’un des gènes codant pour une sous-unité de la molécule d’hémoglobine peut avoir des résultats désastreux. Ce laboratoire se concentrera sur deux maladies résultant de différentes mutations du gène de la bêta-globine.