Différence entre l'ADN mitochondrial et l'ADN nucléaire Différence Entre
Qu'est-ce que l'ADN?
L'acide désoxyribonucléique (ADN) contient des informations génétiques utilisées comme un ensemble d'instructions pour la croissance et le développement, ainsi que pour le fonctionnement et la reproduction des organismes vivants. C'est un acide nucléique et l'un des quatre principaux types de macromolécules connus pour être essentiels à toutes les formes de vie 1 .
Chaque molécule d'ADN est composée de deux brins de biopolymères qui s'enroulent l'un autour de l'autre pour former une double hélice. Ces deux brins d'ADN sont appelés polynucléotides, car ils sont constitués d'unités monomères plus simples appelées nucléotides 2 .
Chaque nucléotide est composé de l'une des quatre nucléobases azotées - Cytosine (C), Guanine (G), Adénine (A) ou Thymine (T) - avec un sucre appelé désoxyribose et un groupe phosphate.
Les nucléotides sont reliés entre eux par des liaisons covalentes, entre le phosphate d'un nucléotide et le sucre du suivant. Cela crée une chaîne, résultant en une épine dorsale de sucre-phosphate alternée. Les bases azotées des deux brins polynucléotidiques sont liées ensemble par des liaisons hydrogène, pour former un ADN double brin selon des appariements de bases strictes (A à T et C à G) 3 .
Dans les cellules eucaryotes, l'ADN est organisé en structures appelées chromosomes, chaque cellule ayant 23 paires de chromosomes. Au cours de la division cellulaire, les chromosomes sont dupliqués par le processus de réplication de l'ADN, à condition que chaque cellule possède son propre ensemble complet de chromosomes. Les organismes eucaryotes tels que les animaux, les plantes et les champignons, stockent la majorité de leur ADN dans le noyau de la cellule et une partie de leur ADN dans des organelles telles que les mitochondries 4 .
Étant situés dans différentes régions de la cellule eucaryote, il existe un certain nombre de différences fondamentales entre l'ADN mitochondrial (ADNmt) et l'ADN nucléaire (ADNn). Basé sur les propriétés structurelles et fonctionnelles clés, ces différences affectent la façon dont ils opèrent dans les organismes eucaryotes.
Organisation et différences structurelles de l'ADN mitochondrial et de l'ADN nucléaire
Localisation → Situé exclusivement dans les mitochondries, l'ADN mitochondrial contient 100 à 1 000 copies par cellule somatique. L'ADN nucléaire est situé dans le noyau de chaque cellule eucaryote (avec quelques exceptions comme les nerfs et les globules rouges) et n'a généralement que deux copies par cellule somatique 5 .
Structure → Les deux types d'ADN sont bicaténaires. Cependant, l'ADNn a une structure linéaire à extrémité ouverte qui est entourée par une membrane nucléaire. Cela diffère de l'ADNmt, qui a généralement une structure circulaire fermée et n'est enveloppé par aucune membrane.
Tailles du génome → L'ADNmt et l'ADNn ont tous deux leur propre génome, mais leur taille est très différente.Chez l'homme, la taille du génome mitochondrial se compose de seulement 1 chromosome qui contient 16 569 paires de bases d'ADN. Le génome nucléaire est significativement plus grand que la mitochondrie, composé de 46 chromosomes qui contiennent 3,3 milliards de nucléotides.
Codage du gène → Le chromosome mtDNA singulier est beaucoup plus court que les chromosomes nucléaires. Il contient 36 gènes qui codent pour 37 protéines, qui sont toutes des protéines spécifiques utilisées dans les processus métaboliques des mitochondries (comme le cycle de l'acide citrique, la synthèse de l'ATP et le métabolisme des acides gras). Le génome nucléaire est beaucoup plus grand, avec 20 000 à 25 000 gènes codant pour toutes les protéines nécessaires à sa fonction, qui comprend également des gènes mitochondriaux. En tant qu'organites semi-autonomes, la mitochondrie ne peut pas coder pour toutes ses propres protéines. Cependant, ils peuvent coder pour 22 ARNt et 2 ARNr, ce que l'ADNn n'a pas la capacité de faire.
Différences fonctionnelles
Processus de traduction → Le processus de traduction entre l'ADN natif et l'ADNmt peut varier. L'ADNn suit le modèle de codon universel, mais ce n'est pas toujours le cas pour l'ADNmt. Certaines séquences codantes mitochondriales (codons triplets) ne suivent pas le modèle de codon universel lorsqu'elles sont traduites en protéines. Par exemple, AUA code pour la méthionine dans la mitochondrie (pas l'isoleucine). UGA code également pour le tryptophane (pas un codon d'arrêt comme dans le génome d'un mammifère) 6 .
Processus de transcription → La transcription génique dans l'ADNmt est polycistronique, ce qui signifie qu'un ARNm est formé avec des séquences codant pour de nombreuses protéines. Pour la transcription des gènes nucléaires, le processus est monocistronique, où l'ARNm formé a des séquences codant pour une seule protéine 8 .
Hérédité du génome → L'ADN nucléaire est diploïde, ce qui signifie qu'il hérite de l'ADN maternel et paternel (23 chromosomes de la mère et du père). Cependant, l'ADN mitochondrial est haploïde, le seul chromosome étant hérité du côté maternel et ne subissant pas de recombinaison génétique 9 .
Taux de mutation → Comme l'ADN natif subit une recombinaison génétique, il s'agit d'un remaniement de l'ADN du parent et il est donc modifié lors de la transmission héréditaire des parents à leur progéniture. Cependant, comme l'ADNmt n'est hérité que de la mère, il n'y a pas d'altération pendant la transmission, ce qui signifie que tous les changements d'ADN proviennent de mutations. Le taux de mutation dans l'ADNmt est beaucoup plus élevé que dans l'ADNn, qui est normalement inférieur à 0,3% 10 .
Différences dans l'application de l'ADNmt et de l'ADN natif dans la science
Les différentes propriétés structurelles et fonctionnelles de l'ADNmt et de l'ADNn ont conduit à des différences dans leurs applications au sein de la science. Avec son taux de mutation significativement plus élevé, l'ADN mitochondrial a été utilisé comme un outil puissant pour suivre l'ascendance et la lignée à travers les femelles (matrilignage). Des méthodes ont été développées qui sont utilisées pour suivre l'ascendance de nombreuses espèces à travers des centaines de générations et est devenue le pilier de la phylogénétique et de la biologie de l'évolution.
En raison du taux de mutation plus élevé, l'ADNmt évolue beaucoup plus rapidement que les marqueurs génétiques nucléaires 11 . Il existe de nombreuses variantes parmi les codes utilisés par l'ADN mitochondrial qui proviennent de mutations, dont beaucoup ne sont pas nocives pour leurs organismes. En utilisant ce taux de mutation plus élevé et ces mutations non nocives, les scientifiques déterminent les séquences d'ADNmt et les comparent à partir de différents individus ou espèces.
Un réseau de relations entre ces séquences est ensuite construit qui fournit une estimation des relations entre les individus ou les espèces à partir desquelles l'ADNmt a été prélevé. Cela donne une idée de la proximité et de la distance de chacun - plus les mutations de l'ADN mitochondrial sont identiques dans chacun de leurs génomes mitochondriaux, plus elles sont apparentées.
En raison du taux de mutation plus faible de l'ADNn, il a une application plus restreinte dans le domaine de la phylogénétique. Cependant, compte tenu des instructions génétiques qu'il détient pour le développement de tous les organismes vivants, les scientifiques ont reconnu son utilisation en médecine légale.
Chaque personne a un plan génétique unique, même des jumeaux identiques 12 . Les services médico-légaux sont en mesure d'utiliser des techniques de réaction en chaîne de la polymérase (PCR), en utilisant l'ADNn, pour comparer les échantillons dans un cas. Cela implique l'utilisation de petites quantités d'ADNn pour faire des copies de régions ciblées appelées courtes répétitions en tandem (STR) sur la molécule 13 . À partir de ces DOS, un «profil» est obtenu à partir d'éléments de preuve, qui peuvent ensuite être comparés à des échantillons connus prélevés sur les individus impliqués dans l'affaire.
L'ADN mitochondrial humain peut également être utilisé pour identifier les individus utilisant la médecine légale, mais contrairement à l'ADNn, il n'est pas spécifique à un individu mais peut être utilisé en combinaison avec d'autres preuves (anthropologiques et circonstancielles). Parce que l'ADNmt a un plus grand nombre de copies par cellule que l'ADN natif, il a la capacité d'identifier des échantillons biologiques beaucoup plus petits, endommagés ou dégradés 14 . Le plus grand nombre de copies ADNmt par cellule que l'ADN natif, permet également d'obtenir une correspondance ADN avec un parent vivant, même si de nombreuses générations maternelles les séparent des restes squelettiques d'un parent.
Comparaison tabulaire des principales différences entre l'ADN mitochondrial et nucléaire
