Introduction
Chaque fois qu’une cellule se divise, elle doit recopier fidèlement ses deux mètres d’ADN. La réplication est généralement très précise, mais elle n’est pas parfaite. Des erreurs peuvent se produire spontanément, et des agents extérieurs comme les rayonnements ou certaines substances chimiques peuvent aussi endommager la molécule. Ces modifications sont appelées mutations. La plupart sont corrigées par des systèmes spécialisés, mais certaines échappent aux contrôles, deviennent fixées et sont transmises lors des divisions ultérieures. Elles représentent ainsi une source de variabilité génétique, à la fois facteur de maladies et moteur de l’évolution.
L’origine des mutations : spontanées ou induites
Les mutations peuvent être spontanées, lorsqu’elles apparaissent pendant la réplication ou par altération naturelle des bases (désamination, oxydation).
Elles peuvent aussi être induites par des agents mutagènes. Les rayons ultraviolets provoquent par exemple la formation de dimères de thymine : deux bases thymine voisines s’associent anormalement. Ces lésions bloquent la réplication et, si elles ne sont pas réparées, augmentent la probabilité d’erreur. D’autres agents, comme les rayonnements ionisants (rayons X, rayons γ) ou certaines substances chimiques (fumée de tabac, pesticides), peuvent provoquer des cassures ou des modifications des bases.
À retenir
On distingue les mutations spontanées (issues de la réplication ou d’altérations naturelles) et les mutations induites (causées par des agents physiques ou chimiques).
Les systèmes de réparation de l’ADN
La cellule dispose de mécanismes pour maintenir l’intégrité de son génome.
La relecture par l’ADN polymérase : lors de la réplication, l’enzyme vérifie que chaque base ajoutée est correcte. Si une erreur est détectée, elle enlève la base incorrecte et la remplace.
La réparation par excision : lorsqu’une base est abîmée ou mal appariée, des enzymes reconnaissent l’anomalie et la découpent. Une ADN polymérase insère ensuite le bon nucléotide et une ligase referme la coupure. Exemple : ce mécanisme permet de corriger des dimères de thymine causés par les UV.
La réparation par recombinaison : en cas de cassure de l’ADN, la cellule peut utiliser l’autre brin ou le chromosome homologue comme modèle pour restaurer la séquence manquante.
Ces systèmes sont très efficaces, mais s’ils échouent ou réparent de façon imparfaite, la mutation devient fixée : elle s’intègre de manière stable dans le génome et sera transmise à toutes les divisions cellulaires suivantes.
À retenir
La fidélité du génome repose sur des systèmes spécialisés de réparation. Une erreur échappant à ces mécanismes devient stable et transmise à toutes les divisions ultérieures.
Les différents types de mutations
Les mutations ne concernent pas toutes la même modification :
Les mutations ponctuelles sont des substitutions d’une base par une autre. Elles peuvent être silencieuses (aucun effet sur la protéine), faux-sens (changement d’un acide aminé) ou non-sens (apparition d’un codon stop prématuré).
Les insertions et les délétions correspondent à l’ajout ou la perte d’un ou plusieurs nucléotides. Si leur nombre n’est pas un multiple de trois, elles provoquent un décalage du cadre de lecture, modifiant profondément la séquence de la protéine. Si l’ajout ou la perte est un multiple de trois, la lecture reste correcte mais la protéine comporte un ou plusieurs acides aminés en plus ou en moins.
Ces altérations peuvent donc être sans effet, nuisibles (cancers, maladies génétiques) ou, plus rarement, bénéfiques et utiles à l’évolution.
À retenir
Les mutations incluent substitutions, insertions et délétions. Les insertions ou délétions non multiples de trois entraînent un décalage du cadre de lecture, aux conséquences majeures sur la protéine.
Exemple : la drépanocytose
La drépanocytose illustre bien le rôle des mutations. Elle est due à une mutation ponctuelle précise dans le gène de la bêta-globine (HBB) : une adénine est remplacée par une thymine au codon 6, ce qui change un acide aminé : l’acide glutamique est remplacé par une valine. Cette substitution provoque la formation d’une hémoglobine anormale (HbS) qui déforme les globules rouges en faucille.
Cette mutation entraîne une maladie, mais elle confère aussi un avantage sélectif : les individus hétérozygotes résistent mieux au paludisme. Elle illustre ainsi le rôle des mutations dans la variabilité génétique et leur importance évolutive.
À retenir
La drépanocytose est causée par une mutation ponctuelle du gène HBB qui modifie la forme des globules rouges. Elle entraîne une maladie mais confère aussi une protection contre le paludisme chez les hétérozygotes. Cet exemple montre que les mutations peuvent avoir des effets négatifs ou avantageux et qu’elles participent à l’évolution.
Conclusion
Les mutations résultent d’erreurs spontanées ou de l’action d’agents mutagènes. La cellule dispose de systèmes spécialisés de correction, mais si la réparation échoue, la mutation devient fixée et se transmet lors de toutes les divisions suivantes. Les mutations peuvent prendre la forme de substitutions, d’insertions ou de délétions, avec des conséquences variables selon leur nature. Si les mutations somatiques concernent uniquement l’individu, les mutations germinales sont héréditaires et alimentent la variabilité génétique. C’est cette variabilité, indispensable à l’évolution, qui fait des mutations un paradoxe : elles peuvent être à l’origine de maladies graves mais aussi de nouvelles adaptations favorables à la survie des espèces.