L'hérédité humaine. Fiche

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1 L'hérédité humaine Fiche Le patrimoine génétique de l'espèce humaine est maintenant connu : on sait quels sont les gènes présents dans notre ADN (on rappelle qu'un gène est une séquence d'adn qui permet à la cellule de produire un polypeptide). Chaque individu a des caractéristiques génétiques qui lui sont propres et qui permettent une identification sans aucun doute possible (mis à part les vrais jumeaux, qui sont génétiquement identiques). Les gènes humains ont en effet subi au cours de l'évolution de nombreuses modifications, les mutations, souvent infimes et sans conséquences pour les individus. Associées au brassage des gènes au moment de la reproduction, ces mutations contribuent à la biodiversité humaine. Certaines de ces mutations entraînent des pathologies graves. Une analyse génétique permet de mesurer le mode et le risque de transmission de la pathologie à la descendance de l'individu malade. 1. Quels sont le vocabulaire et les conventions adaptés à l'étude de l'hérédité humaine? L'étude génétique des espèces a demandé l'élaboration d'un vocabulaire spécifique très peu employé (et parfois à mauvais escient) dans le langage courant. On peut classer ces termes en quatre catégories. Au niveau macroscopique : Maladie héréditaire : maladie transmissible à la descendance par l'intermédiaire des cellules sexuelles. Maladie congénitale : maladie déjà présente à la naissance d'un enfant ; elle peut être héréditaire ou avoir été transmise par la mère pendant la grossesse. Au niveau cellulaire : Cellule somatique : toute cellule du corps non reproductrice. Cellule sexuelle ou gamète : cellule reproductrice, pourvu de seulement 23 chromosome contre 46 pour les cellules classiques. Au niveau chromosomique : Autosome : chromosome non sexuel, qui appartient à l'une des 23 premières paires. Gonosome : chromosome sexuel, X ou Y, dont la combinaison détermine le sexe féminin (XX) ou masculin (XY) de l'individu. Chromosomes homologues : autosomes qui présentent les mêmes gènes, et

2 appartiennent donc à la même paire. Au niveau génétique : Locus : localisation précise d'un gène sur un chromosome ; un gène donné se situe toujours sur le même locus du même chromosome. Allèles : variantes d'un même gène, porté par deux chromosomes homologues. Allèle morbide : allèle responsable d'une pathologie ; Homozygote : se dit d'un individu dont les deux allèles d'un même gène sont identiques. Hétérozygote : se dit d'un individu dont les deux allèles d'un même gène sont différents. Génotype : ensemble des allèles d'un même gène ; ensemble des allèles portés par un individu. Phénotype : ensemble des caractères présents chez un individu, qui résulte du génotype. Allèle dominant : allèle qui donne le phénotype, et qui empêche l'allèle récessif de s'exprimer chez l'individu hétérozygote ; Allèle récessif : allèle qui ne s'exprime (et donne le phénotype) que chez l'individu homozygote. Allèles codominants : allèles qui s'expriment ensemble chez l'individu hétérozygote, et qui donnent un phénotype intermédiaire par rapport au phénotype donné par chaque allèle. Par convention : Le phénotype s'exprime entre crochets : [sain], [malade] par exemple. Le génotype s'exprime en donnant chaque allèle, séparés par une double barre : S//S, m//m par exemple. Un allèle dominant ou codominant sera noté en majuscule. Un allèle récessif sera noté en minuscule. 2. Comment un phénotype donné peut-il résulter de l'expression de génotypes différents? Le phénotype correspond à la présence du polypeptide produit par la cellule à partir du message génétique porté par le ou les allèle(s) du gène concerné. Il est analysé sur un arbre généalogique, sur lequel les carrés correspondent à des individus de sexe masculin, des cercles à des individus de sexe féminin, des losanges à des individus de sexe inconnu (enfant à venir, etc.). Les lignes horizontales relient des individus de même génération (fratrie, conjoints, etc.), les lignes verticales relient les individus à leurs ascendants et descendants. L'exemple de la transmission des groupes sanguins permet de comprendre comment on analyse un arbre généalogique, et les informations que l'on peut en tirer.

3 L'arbre ci-dessous représente une famille dans laquelle les quatre groupes : A, B, AB et O sont présents. On recherche le génotype de chaque individu. On sait que les allèles A et B sont codominants entre eux, et dominants vis-à-vis de l'allèle O, qui est donc récessif. On peut donc classer les génotypes possibles en fonction des phénotypes obtenus. Phénotypes Génotypes [A] [B] [AB] [O] A//A, A//o B//B, B//o A//B o//o On voit que les phénotypes des groupes sanguins [A] et [B] peuvent résulter de deux génotypes différents : les individus hétérozygotes ne produiront que le polypeptide de l'allèle dominant. Les deux autres phénotypes ne peuvent résulter que d'un seul génotype. Les individus de groupe sanguin [AB] produisent les deux polypeptides A et B. Les individus de groupe sanguin [O] ne produiront ici aucun polypeptide (O signifie ici zéro, pour absence de polypeptide). Analyse de l'arbre généalogique ci-dessus Comme l'allèle O est récessif et ne s'exprime qu'à l'état homozygote, le génotype de l'individu n 6 de phénotype [O] est o//o ; on en conclut que ses deux parents n 1 et n 2 possèdent au moins un allèle o. L'individu n 1 est de phénotype [A] et possède un allèle o, son génotype est donc : A//o. L'individu n 2 est de phénotype [B] et possède un allèle o, son génotype est donc : B//o. L'individu n 3 est de phénotype [A], il a obligatoirement reçu de son père l'allèle A (sa mère n'en possède pas), et de sa mère l'allèle o, son génotype est donc : A//o. L'individu n 4 est de phénotype [B], il a obligatoirement reçu de sa mère l'allèle B (son père n'en possède pas), et de son père l'allèle o, son génotype est donc :

4 B//o. L'individu n 5 est de phénotype [AB], il a obligatoirement reçu l'allèle A de son père et l'allèle B de sa mère, son génotype est donc : A//B. Remarque : Dans le cas des maladies dont le gène concerné présente des allèles codominants, chez les individus hétérozygotes les deux polypeptides sont produits, mais chacun en quantité deux fois moins importante que le polypeptide produit chez les individus homozygotes. On aura alors trois phénotypes au lieu de deux : [Sain], [moyennement malade], [gravement malade]. 3. Comment mettre en évidence les modes de transmission des maladies héréditaires? Les maladies héréditaires sont dues à l'apparition d'un allèle anormal, appelé allèle morbide, qui ne peut pas produire le polypeptide codé par le gène. On peut classer les maladies héréditaires en combinant deux critères. Le type de chromosome qui porte le gène concerné par la maladie. Si c'est un autosome, la maladie est dite autosomique, elle s'exprime indifféremment chez les individus de sexe masculin et féminin. Le génotype se note simplement avec une majuscule pour l'allèle dominant (exemple : S pour sain) et une minuscule pour l'allèle récessif (exemple : m pour malade), sans faire mention du chromosome qui le porte. En revanche, si le gène concerné est porté par un gonosome, la maladie dite gonosomique s'exprime de manière différente en fonction du sexe de l'individu. On parle de maladie gonosomique portée par X ou par Y. Le génotype se note en tenant compte du chromosome concerné, en majuscule, on place alors l'allèle en indice (exemples : X, X, Y, Y ) ; Le comportement de l'allèle morbide : si celui-ci est récessif, on parle de maladie récessive, dans le cas contraire, on parle de maladie dominante ou codominante. Une analyse rigoureuse, individu par individu le plus souvent, de l'arbre généalogique d'une famille touchée par une maladie héréditaire permet dans de nombreux cas d'en retrouver le mode de transmission. Cette analyse consiste à rechercher tout d'abord le comportement de l'allèle morbide, puis le type de chromosome qui le porte. On peut par exemple employer la méthode ci-dessus, dont on doit respecter la chronologie des étapes. Étape 1 : l'allèle morbide est-il récessif? On cherche dans l'arbre généalogique un enfant atteint par la maladie dont les deux parents sont sains. Le génotype du malade présente logiquement au moins un allèle morbide, transmis par un de ses parents. Si l'allèle était dominant, ce parent serait malade lui aussi. Il n'en est rien, l'allèle morbide est donc récessif, on parle de maladie récessive. S m S m

5 Remarque : si on ne trouve aucun individu malade dont les deux parents sont sains, on conclura que la maladie est probablement dominante. Étape 2 : l'allèle morbide est-il porté par le chromosome Y? Le petit chromosome Y porte peu de gènes, les maladies portées par Y sont rares. Néanmoins, si on retrouve les deux éléments suivants : seuls les hommes sont touchés chaque homme malade a son père et tous ses fils malades, on peut alors supposer que cette maladie est portée par Y. Si un de ces deux éléments n'est pas vérifié, on peut affirmer que la maladie n'est pas portée par Y. Étape 3 : l'allèle morbide, récessif, est-il porté par un autosome? On cherche dans l'arbre généalogique une femme malade dont le père est sain. Si l'allèle est porté par X, le génotype de la malade est obligatoirement Xm // Xm (on part de l'hypothèse que l'allèle morbide est récessif). Son père lui a donc transmis un allèle Xm, son génotype doit être Xm/Y, et il doit être malade. Ce n'est pas le cas, l'allèle ne peut donc pas être porté par X. Il est donc porté par un autosome (on a démontré à l'étape 1 qu'il n'est pas porté par Y). Remarque : si on ne trouve aucune fille malade dont le père est sain, on conclura que l'allèle morbide est probablement porté par X. En général, l'énoncé de l'exercice donne des indications en ce sens. Les individus des deux sexes sont pourvus de chromosomes X, mais comme les maladies concernées sont en général récessives, les femmes malades doivent avoir reçu l'allèle morbide de leurs deux parents, ce qui est possible mais rare. En revanche, les hommes doivent recevoir seulement un allèle morbide de leur mère (leur père leur transmet le chromosome Y), ce qui est beaucoup plus fréquent. Les maladies portées par X touchent donc surtout les garçons. 4. Comment évaluer la probabilité de transmission d'un allèle morbide d'un individu à sa descendance? Pour chaque gène, un enfant reçoit un allèle paternel et un allèle maternel, sur les deux allèles que portent chacun des parents. La probabilité de transmission d'une maladie héréditaire est évaluée grâce à un échiquier de croisement, qui montre les conséquences de toutes les associations possibles des allèles parentaux. Exemple 1 : quelle est la probabilité de transmission d'une maladie autosomique récessive, quand les deux parents sont porteurs sains de l'allèle morbide? Père Mère S m S S//S [Sain] m//s S//m [Sain] m//m

6 m [Sain] [malade] Conclusion : deux parents porteurs sains de la maladie ont un risque sur quatre, soit un risque de 25 %, d'engendrer un enfant malade. Sur les 75 % restant, il y a 25 % de chance que l'enfant soit sain non porteur, et 50 % de chance que l'enfant soit sain, mais porteur de l'allèle morbide, et donc qu'il puisse le transmettre à son tour à sa descendance. Exemple 2 : quel est la probabilité de transmission d'une maladie récessive portée par X, quand la mère est porteur sain et le père sain? Père Mère X S Y X X S m X //X S S S X //Y Fille Garçon [Saine] [Sain] X //X X //Y m S m Fille Garçon [Saine] [malade] Conclusion : Ce couple présente un risque sur 4, donc 25% de risque de mettre au monde un enfant malade, ce sera obligatoirement un garçon. Il y a 50 % de chance qu'un garçon soit sain, et 100 % de chance qu'une fille soit saine. Toutefois, 50 % des filles portent l'allèle malade et pourront le transmettre à leur descendance. À retenir Un phénotype se note entre crochets, un génotype avec les deux allèles séparés par une double barre. Les allèles dominants et codominants sont représentés par une majuscule, les allèles récessifs par une minuscule. Un arbre généalogique permet de montrer comment un phénotype donné peut résulter de différents génotypes, et de déterminer le génotype d'un individu donné. L'analyse d'un arbre généalogique permet de mettre en évidence les modes de transmission autosomique, gonosomique, récessif ou dominant des maladies héréditaires. On peut évaluer la probabilité de transmission d'une maladie héréditaire à sa descendance grâce à un échiquier de croisement , rue des écoles

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