L’analyse Génétique

Analyse génétique de l’ADN : comprendre le test ADN, les polymorphismes et la fiabilité des résultats

Le test ADN est une technique d’analyse génétique qui permet d’identifier une personne (ou de comparer plusieurs personnes) à partir d’une petite quantité d’échantillon biologique.

Le principe est simple :

• les humains partagent une très grande partie de leur ADN,

• mais chaque individu possède aussi une partie de son ADN unique, qui forme une empreinte génétique.

Pour comprendre comment un laboratoire

établit ce profil génétique, il faut revenir aux bases : qu’est-ce que l’ADN, comment il est organisé, et quelles zones sont utilisées pour comparer deux profils.

Qu’est-ce que l’ADN ? (définition simple)

L’ADN est une longue molécule qui contient les instructions nécessaires au fonctionnement de l’organisme.

Dans nos cellules, l’ADN est roulé et condensé dans le noyau sous forme de « pelotes » appelées chromosomes.

Chaque personne possède 46 chromosomes par cellule :

• 23 hérités de la mère biologique,

• 23 hérités du père.

L’ADN gère une grande partie de nos fonctions biologiques. C’est le support des informations génétiques, et il sert de plan pour la fabrication de nombreuses molécules indispensables.

Composition de l’ADN : nucléotides, acides aminés et protéines

Les nucléotides (A, C, G, T)

À la base, l’ADN est constitué de nucléotides. Ce sont des composants organiques (formés d’éléments chimiques) qui s’assemblent en séquences.

Il existe 4 nucléotides, représentés par :

• A (Adénine)

• C (Cytosine)

• G (Guanine)

• T (Thymine)

De l’ADN aux protéines

Dans l’organisme, les informations codées par l’ADN servent notamment à produire des protéines.

De manière simplifiée :

• des séquences de nucléotides permettent de former des structures plus complexes,

• ces structures mènent à la formation d’acides aminés,

• puis les acides aminés s’assemblent pour former des protéines.

Les protéines ont de nombreux rôles : elles participent à la création de molécules, à la gestion de fonctions vitales et à la transmission d’informations. Selon leur rôle, elles peuvent porter différents noms (enzymes, myosine, histones, etc.).

Les gènes : zones codantes, zones non codantes, et notion de locus

L’ADN en double hélice et les règles d’appariement

L’ADN est organisé sous forme de double hélice : deux longs brins parallèles et complémentaires de nucléotides, reliés par des liaisons moléculaires.

Les bases s’apparient toujours de manière rigoureuse :

• G est toujours en face de C (et inversement),

• A est toujours en face de T (et inversement).

Cette organisation rend la duplication de l’ADN plus facile et plus fiable.

Qu’est-ce qu’un gène ?

Un gène est un segment d’ADN. Selon son expression, il contribue au rôle de la cellule (cellule cardiaque, cellule du foie, cellule du cerveau, etc.).

On distingue généralement :

• les zones codantes, utilisées pour produire de nouvelles protéines,

• les zones non codantes, qui jouent surtout un rôle de régulation.

On considère que les zones non codantes représentent environ 98 % de notre ADN.

Locus : localiser une zone précise de l’ADN

Les gènes et certaines séquences sont positionnés à des endroits précis sur l’ADN. Cette position est stable chez tous les êtres humains, ce qui facilite la localisation.

Quand on localise une zone précise, on parle de locus.

• Dans une zone codante, le locus peut être identifié par la protéine associée.

• Dans une zone non codante, le locus est souvent nommé selon un code standard.

Exemple : D18S52

• 18 : chromosome 18

• S : séquence unique (au sens de marqueur)

• 52 : numéro du locus

Polymorphismes : pourquoi chaque ADN est différent

Même si nous appartenons tous à la même espèce, notre diversité vient de petites variations dans l’ADN.

Ces variations s’appellent des polymorphismes. Lorsqu’on compare deux individus pris au hasard, on trouve environ 1 variation tous les 1200 nucléotides.

Deux types de polymorphismes (selon la zone)

Il existe deux grands cas :

• variation en zone codante : la variation peut se répercuter sur la protéine.

• variation en zone non codante : la variation est souvent observable par le nombre de répétitions d’une séquence. On parle alors de polymorphisme de longueur.

Polymorphisme de longueur et notion d’allèle

Un polymorphisme de longueur correspond à une séquence répétée plusieurs fois.

Exemple (séquence répétitive) : AAGTA

• 11 répétitions chez une personne,

• 14 répétitions chez une autre,

• 15 répétitions chez une troisième.

Le terme utilisé pour désigner une variante est allèle.

Lors d’une analyse, une personne possède généralement deux allèles pour un caractère génétique :

• un allèle issu du chromosome paternel,

• un allèle issu du chromosome maternel.

Séquences répétitives : VNTR et STR (les marqueurs les plus utilisés)

Une séquence polymorphe répétée est classée selon sa longueur :

• VNTR (Variable Number Tandem Repeats), ou minisatellites : répétitions de séquences d’au moins 10 nucléotides.

• STR (Short Tandem Repeat), ou microsatellites : répétitions de séquences courtes, de moins de 10 nucléotides.

Les STR se sont imposés en analyse génétique pour plusieurs raisons :

• ils sont très nombreux (environ 50 000 séquences STR dans l’ADN humain),

• ils peuvent être analysés en multiplex (plusieurs marqueurs en même temps).

En revanche, selon les marqueurs, ils peuvent parfois présenter un polymorphisme plus limité.

Comment se déroule une analyse ADN en laboratoire ?

L’objectif d’un laboratoire est d’obtenir un profil exploitable, puis de comparer des marqueurs génétiques pour établir une empreinte génétique.

1) Extraction et purification de l’ADN

La première étape consiste à extraire et purifier l’ADN.

L’idée est de séparer l’ADN des autres substances qui pourraient gêner l’analyse. Pour cela, l’échantillon est placé dans un milieu qui élimine les éléments externes afin de ne conserver que la molécule d’ADN.

Selon le type d’analyse, des séquences (souvent STR) peuvent être sélectionnées et découpées avec des enzymes de restriction.

Les enzymes de restriction sont des protéines (souvent d’origine bactérienne) capables de couper l’ADN sur des séquences spécifiques. Elles sont très utilisées en génie génétique et en laboratoire.

2) Amplification par PCR (Polymerase Chain Reaction)

La deuxième étape est l’amplification par PCR. Cette technique permet, à partir d’un échantillon peu abondant, de copier très rapidement des séquences ciblées d’ADN en un grand nombre d’exemplaires.

Cela est possible grâce à une enzyme : l’ADN polymérase, qui reconstruit l’ADN à partir d’une hélice préalablement séparée.

Le mélange de PCR comprend généralement :

• l’échantillon d’ADN (séquence cible),

• des nucléotides supplémentaires,

• des amorces (petits brins complémentaires de la séquence à copier),

• l’ADN polymérase.

Le mélange est soumis à des cycles de température :

• dénaturation (environ 90°C) : séparation des deux brins,

• hybridation (environ 45°C) : fixation des amorces,

• élongation (environ 72°C) : reconstruction du brin manquant.

À chaque cycle, le nombre de copies double. En 30 à 40 cycles, on obtient des millions de copies de la séquence cible.

3) Électrophorèse : séparation des fragments et lecture du profil

La troisième étape est l’électrophorèse, qui permet de séparer des fragments en fonction de leur taille sous l’effet d’un champ électrique.

L’ADN étant chargé négativement, les fragments migrent vers le pôle positif.

• plus un fragment est petit, plus il migre rapidement et loin,

• les fragments de même taille forment des bandes repérables.

Grâce à cette lecture, le laboratoire peut déterminer la composition du fragment : le nombre de nucléotides et le nombre de répétitions.

L’ensemble des résultats forme l’empreinte génétique d’une personne, qui peut ensuite être comparée pour déterminer un lien de filiation.

À l’exception des vrais jumeaux, la probabilité que deux personnes aient la même empreinte génétique est extrêmement faible (environ 1 sur 3 milliards).

Analyse de l’ADN mitochondrial (ADNmt) : un test non standard

Le test de l’ADN mitochondrial (ADNmt) est une analyse génétique qui ne repose pas sur l’ADN nucléaire (celui contenu dans le noyau), mais sur l’ADN présent dans les mitochondries.

Les mitochondries : à quoi servent-elles ?

Les mitochondries sont des structures spécialisées (organites) qui produisent de l’énergie pour la cellule.

On considère qu’elles proviennent d’anciennes bactéries entrées en symbiose avec une cellule il y a plusieurs millions d’années.

Pourquoi l’ADNmt est-il particulier ?

L’ADN mitochondrial :

• est circulaire,

• est présent en très nombreuses copies (plusieurs centaines de mitochondries par cellule, avec plusieurs copies d’ADN chacune),

• peut être isolé sur des prélèvements anciens ou dégradés, là où l’ADN nucléaire n’est pas détectable.

Transmission maternelle de l’ADNmt

L’ADN mitochondrial se transmet par la voie maternelle : lors de la fécondation, l’ovule apporte les mitochondries.

Ainsi, les membres d’une fratrie partagent généralement le même ADN mitochondrial transmis par la mère, elle-même l’ayant hérité de sa mère, et ainsi de suite sur la lignée maternelle.

L’ADNmt n’identifie pas toujours un individu à 100 % (plusieurs personnes peuvent partager un ADNmt identique), mais il peut être utile pour :

• vérifier un lien de parenté,

• explorer certaines origines,

• analyser des échantillons dégradés.

Des mutations apparaissent parfois au fil des générations. Leur accumulation explique pourquoi des lignées maternelles distinctes finissent par présenter des ADNmt différents.

Quelle est la fiabilité d’un test ADN ?

La fiabilité d’un test ADN dépend de plusieurs facteurs.

1) L’accréditation du laboratoire

Vérifier l’accréditation du laboratoire permet de s’assurer des méthodes d’analyse utilisées et du sérieux du contrôle qualité.

Une accréditation correspond à une norme internationale que le laboratoire peut obtenir après vérification du processus par un organisme externe.

Elle peut aussi être importante si vous recherchez un niveau de reconnaissance juridique selon le contexte.

2) La déclaration de votre situation

Avant de commander, décrivez clairement la situation familiale, les doutes et les relations possibles entre participants.

Le résultat dépend aussi de la bonne compréhension du contexte, car l’interprétation s’appuie sur des calculs de probabilité.

3) Le type de test

Tous les tests ADN ne se valent pas selon la situation.

En règle générale, il est conseillé de réaliser le test avec la personne concernée directement, car cela augmente la pertinence et la fiabilité de la comparaison.

4) Le type d’échantillon

La fiabilité ne dépend pas uniquement du type d’échantillon, mais tous les prélèvements ne fournissent pas toujours suffisamment d’information génétique de manière fiable.

Un échantillon correctement prélevé et conservé facilite fortement l’analyse.