Structure et organisation de l'ADN mitochondrial

L'ADN mitochondrial humain est une petite molécule circulaire bicaténaire d'environ 16 569 paires de bases qui code un ensemble compact de gènes essentiels à la phosphorylation oxydative. Son organisation dense, presque exempte d'introns, ses deux brins de composition distincte et une courte région de contrôle non codante le distinguent du génome nucléaire, beaucoup plus grand.

Definition

L'ADN mitochondrial (ADNmt) est le génome circulaire, bicaténaire et multicopie résidant dans les mitochondries ; chez l'homme, il mesure environ 16,6 kilobases de long et code 13 polypeptides de la chaîne respiratoire, 22 ARN de transfert et 2 ARN ribosomiques, avec une seule région de contrôle non codante majeure.

Scope

Ce sujet décrit la forme physique, le contenu génique et les caractéristiques organisationnelles du génome mitochondrial des mammifères, en s'appuyant sur la séquence humaine complète déterminée en 1981. Il couvre les brins lourd et léger, les 37 gènes (13 codant des protéines, 22 ARNt, 2 ARNr), la région de contrôle (boucle D), et l'arrangement économique et chevauchant du génome. Il ne couvre pas les mécanismes de réplication ni l'hérédité, qui sont traités dans des sujets connexes.

Core questions

• Quelle est la taille et la forme physique du génome mitochondrial humain ?
• Quels gènes l'ADNmt code-t-il et quelles protéines mitochondriales sont plutôt fabriquées à partir de gènes nucléaires ?
• Qu'est-ce qui distingue le brin lourd du brin léger ?
• Qu'est-ce que la région de contrôle (boucle D) et que contient-elle ?
• En quoi l'économie génétique de l'ADNmt diffère-t-elle de celle du génome nucléaire ?

Key concepts

• Génome circulaire bicaténaire (~16,6 kb)
• Brins lourd (H) et léger (L)
• 37 gènes : 13 codant des protéines, 22 ARNt, 2 ARNr
• Région de contrôle non codante / boucle de déplacement (boucle D)
• Organisation compacte, presque sans introns, avec des gènes chevauchants
• Code génétique mitochondrial variant
• Séquence de référence de Cambridge révisée (rCRS)

Mechanisms

Les deux brins de l'ADNmt diffèrent par leur composition en bases : le brin lourd riche en guanine et le brin léger riche en cytosine, une propriété historiquement exploitée pour les séparer et qui se reflète dans leurs compléments géniques distincts. La séquence humaine complète de 1981 (Anderson et collègues) a montré que presque tout le génome est codant, avec des gènes contigus ou légèrement chevauchants, peu ou pas d'introns, et certains cadres de lecture partageant des nucléotides ; le seul segment non codant substantiel est la région de contrôle, qui abrite les origines et les promoteurs qui régissent la réplication et la transcription. Le génome code 13 sous-unités des complexes de phosphorylation oxydative ainsi que les 22 ARNt et 2 ARNr nécessaires à leur traduction à l'intérieur de l'organite, tandis que les quelque 1 500 protéines mitochondriales restantes sont codées dans le noyau et importées. La séquence parallèle de la souris (Bibb et collègues, 1981) a confirmé cette organisation économique comme une caractéristique générale des mammifères.

Clinical relevance

L'organisation compacte de l'ADNmt signifie que même de petits changements de séquence peuvent perturber des gènes essentiels au métabolisme énergétique, et la localisation d'une variante au sein des régions codantes, d'ARNt ou de contrôle aide à expliquer les conséquences biochimiques décrites en génétique clinique. Cette entrée décrit la structure du génome à des fins d'orientation éducative et ne constitue pas une base pour l'interprétation génétique individuelle ou les soins.

History

La structure de l'ADNmt a été définie lorsque Anderson et ses collègues ont publié la séquence complète du génome mitochondrial humain en 1981, l'un des premiers génomes entiers jamais séquencés ; ce travail a établi le catalogue de gènes, l'asymétrie des brins et le code génétique variant. La séquence de souris contemporaine a confirmé l'organisation chez les mammifères. La séquence de référence a été corrigée par la suite et est maintenant utilisée comme séquence de référence de Cambridge révisée (rCRS) par rapport à laquelle les variants humains sont rapportés.

Key figures

• Frederick Sanger
• Sjef Anderson
• David A. Clayton
• Bart G. Barrell

Seminal works

• anderson-1981
• bibb-1981

Frequently asked questions

Quelle est la taille du génome mitochondrial humain et combien de gènes contient-il ?

C'est une molécule circulaire d'environ 16 569 paires de bases codant 37 gènes : 13 qui spécifient des protéines de la chaîne respiratoire, 22 ARN de transfert et 2 ARN ribosomiques.

Toutes les protéines mitochondriales sont-elles codées par l'ADNmt ?

Non. Seuls 13 polypeptides sont codés par l'ADNmt ; la grande majorité des protéines mitochondriales sont codées par des gènes nucléaires, fabriquées dans le cytoplasme et importées dans l'organite.