Les mutations sont des modifications dans la séquence de l’ADN. Ces modifications peuvent se produire spontanément ou elles peuvent être induites par l’exposition à des facteurs environnementaux. Les mutations peuvent être caractérisées de différentes façons : si et comment elles modifient la séquence d’acides aminés de la protéine, si elles se produisent sur une petite ou grande région d’ADN, et si elles se produisent dans les cellules somatiques ou les cellules germinales.
Les mutations qui se produisent à un seul nucléotide s’appellent des mutations ponctuelles. Lorsque des mutations ponctuelles se produisent dans les gènes, les conséquences peuvent varier en gravité en fonction de ce qui arrive à la séquence d’acides aminés encodée. Une mutation silencieuse ne change pas l’identité des acides aminés et n’aura aucun effet sur un organisme. Une mutation faux-sens change un seul acide aminé, et les effets pourraient être sérieux si le changement modifie la fonction de la protéine. Une mutation non-sens produit un codon-stop qui tronque la protéine, la rendant probablement non fonctionnelle. Les mutations du cadre de lecture se produisent lorsqu’un ou plusieurs nucléotides sont insérés ou supprimés d’une séquence d’ADN codant des protéines, affectant tous les codons en aval de l’emplacement de la mutation.
Le type de mutation le plus drastique, l’altération chromosomique, modifie la structure physique d’un chromosome. Les altérations chromosomiques peuvent inclure la suppression, la duplication ou l’inversion de grandes séquences d’ADN dans un chromosome unique, ou l’intégration d’une partie d’un chromosome différent. Ces mutations sont généralement beaucoup plus graves que les mutations ponctuelles parce qu’elles englobent de nombreux gènes et éléments régulateurs. Les altérations chromosomiques peuvent être détectées par le caryotypage de la cellule affectée.
Des mutations peuvent survenir dans n’importe quelle cellule, mais seules les mutations germinales — celles présentes dans les ovocytes et les spermatozoïdes — peuvent être transmises à la descendance. Par exemple, les maladies héréditaires sont un sous-type de trouble génétique qui sont provoquées par des mutations délétères germinales. Elles peuvent être autosomiques, se produisant sur les chromosomes 1 à 22, ou liées au sexe, se produisant sur le chromosome X ou Y. Un exemple de maladie héréditaire est la fibrose kystique (FK), une maladie qui affecte principalement les poumons. Elle est provoquée par une délétion dans le gène CFTR qui supprime un seul acide aminé de la protéine CFTR. La FK est une maladie autosomique récessive, ce qui signifie qu’une personne avec une copie mutée du gène et une copie normale ne développera pas la maladie ; d’autres maladies, comme la maladie de Huntington, une maladie neurodégénérative, sont autosomiques dominantes, ce qui signifie qu’une seule copie mutée du gène est nécessaire pour que la maladie se développe.
Les mutations somatiques — celles qui se produisent en dehors de la lignée germinale — et les mutations germinales peuvent toutes les deux survenir spontanément pendant la réplication de l’ADN, mais elles peuvent aussi être provoquées par l’exposition à des radiations ou à des produits chimiques dans l’environnement. Les facteurs externes qui endommagent l’ADN et provoquent des mutations sont appelés mutagènes. Un mutagène environnemental bien caractérisé est le rayonnement ultraviolet (UV). Le rayonnement UV transporte plus d’énergie que la lumière visible et endommage l’ADN en brisant les liaisons entre les paires de bases, ce qui fait que les bases de thymine sur le même brin d’ADN s’apparient entre elles dans des dimères de thymine caractéristiques. Le soleil est une source naturelle de rayonnement UV. Les longueurs d’onde les plus nocives, les UV-C, sont interceptées dans les hautes couches de l’atmosphère, mais les rayons UV-A et UV-B atteignent la surface de la Terre. Les sources artificielles d’exposition aux UV comprennent les lits de bronzage, qui transmettent principalement les rayons UV-A avec de plus petites quantités d’UV-B. Heureusement, les cellules ont des mécanismes pour réparer l’ADN endommagé, mais parfois les dommages ne sont pas réparés avant la division cellulaire dans les cellules qui se divisent rapidement, telles que les cellules de la peau. Si les dommages à l’ADN se produisent dans une région génomique qui est importante pour la régulation de la croissance et la division cellulaire, cela peut conduire au cancer s’ils ne sont pas réparés.
