Génome mitochondrial humain

L’ADN mitochondrial est présent dans la matrice des mitochondries. C’est une molécule qui peut être circulaire (épisome), linéaire, branchée, généralement sans intron (il existe cependant quelques rares introns autoépissables chez les champignons et les levures). Sa taille et son contenu en gènes varient d'une espèce à l'autre. Chez les animaux supérieurs, cette taille varie habituellement entre 15 000 et 24 000 paires de bases, mais peut être 10 à 100 fois plus grande chez les champignons et les plantes. Bien que la taille de l'ADN mitochondrial soit extrêmement variable, il ne contient réellement que peu de gènes codant des protéines. Chez l'être humain, elle est formée de 2 brins. Constituée de 16 569 paires de bases, sa masse est de 10⁷ daltons. C’est un ADN très petit par rapport aux 3 milliards de paires de bases de l’ADN nucléaire des cellules humaines. Sa quantité chez un être humain est non négligeable car une cellule possède environ 2 000 mitochondries et une mitochondrie contient environ 2 à 4 molécules d’ADN mt. Au total, on dénombre environ 4 000 molécules d’ADN mt par cellule. L'ADN mitochondrial évolue extrêmement rapidement, même au sein d'une même espèce grâce à ses mécanismes de recombinaison homologue.

Organisation de l'ADN mitochondrial de l'Homme.

L'ADN mitochondrial est occupé par des séquences codantes et quelques introns et ne contient aucune séquence répétée. Il est transcrit initialement sous la forme de 2 ARN qui sont ensuite clivés au niveau des ARNt. Toutes les protéines impliquées dans la protéosynthèse sont codées par des gènes nucléaires. L'ADN mitochondrial (37 gènes) code 22 ARNt, 2 ARNr et 13 protéines membranaires impliquées dans la production d'énergie par la mitochondrie :

• cytochrome oxydase,
• ATP synthase,
• NADH déshydrogénase.

l’ADN mitochondrial dispose un système de réparation mais qui est incomplet . Également, la moitié des protéines mitochondriales codées par le génome nucléaire seraient spécifiques d'un tissu.

Des mutations dans ces gènes sont à l'origine de maladies génétiques rares, dont la transmission est maternelle.

L'avantage d'utiliser l'ADN mitochondrial pour l'analyse de filiation, réside dans le fait que les mitochondries sont transmises uniquement par la mère, par hérédité cytoplasmique. À chaque génération il n'y a donc pas de recombinaison génétique. Cela permet donc de suivre des populations en comparant le degré de similarité de leur ADN mitochondrial.

De plus, chez l’humain, il ne compte que 37 gènes (alors que l’ADN humain en compte quelque 25 000). Il est en général mieux conservé et évidemment, beaucoup plus vite décodé. En effet, contrairement à l’ADN humain qui est un assemblage de la moitié des gènes de la mère et de la moitié des gènes du père (donc du quart de chaque grand-parent ou encore du huitième de chaque arrière-grand-parent, etc.) rendant très difficile l’établissement de la filiation au-delà de quelques générations, l’ADN mitochondrial n’est normalement transmis que par la mère, qui le tient elle-même de sa mère qui le tient de la sienne, etc. Cela simplifie donc énormément l’étude des filiations mère-enfant et la datation des lignées. L’ADN mitochondrial des mâles provient de leur mère et n’est normalement pas transmis à la génération suivante.

Il y a 2 régions hyper-variables HV1 et HV2 dans les séquences d-loop. Leur comparaison entre différents individus est intéressante du point de vue de l'évolution très récente des humains, mais aussi pour distinguer des lignées différentes, et résoudre des problèmes de filiation ou en identification de restes humains et d'auteur de crimes. Ces études nécessitent un séquençage de ces régions.

Dans l'étude des migrations et des origines de 'Homo sapiens', certaines caractéristiques de l'ADN mitochondrial en font un matériel de choix pour essayer de comprendre l'origine des populations humaines :

• C'est un ADN abondant dans les cellules, puisqu'il se retrouve à des milliers d'exemplaires par cellule, alors que chaque gène du noyau n'est présent, lui, qu'en 2 exemplaires (non identiques) par cellule. Ainsi, pour étudier des restes fossiles, en ciblant spécifiquement l'ADN mitochondrial, les paléogénéticiens multiplient les chances de réussir à mettre la main sur un bout d'information encore conservée[1].
• La vitesse de mutation est plus importante que dans le génome nucléaire, ce qui permet d'étudier des évolutions récentes comme c'est le cas pour la récente origine de Homo sapiens.