La génétique humaine

Le contenue du chapitre.

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Introduction

La génétique humaine s’intéresse à l’étude de la transmission des caractères héréditaires, surtout les maladies et les anomalies héréditaires, chez l’Homme au cours des générations. Cette étude présente des difficultés dont les principales sont :

Les croisements orientés sont impossibles.
Faible fécondité, la longue durée de la grossesse et de celle qui sépare deux générations.
Le nombre élevé de chromosomes.

Alors :

Quels sont les moyens et les techniques utilisés dans l’étude de la génétique humaine
Comment les caractères héréditaires sont-ils transmis au cours des générations ?

I – Les moyens utilisés dans l’étude de la génétique humaine

1 – Arbre généalogique (pedigree)

C’est une représentation schématique simplifiée des liens de parenté existant au sein d’une famille. Il permet de suivre la transmission d’un caractère héréditaire au cours des générations, au sein d’une même famille.
La figure suivante présente les symboles utilisés dans la réalisation des arbres généalogiques.

2 – Carte chromosomique (Caryotype)

L’étude des caryotypes permet de déterminer les anomalies chromosomiques à l’origine de maladies et anomalies héréditaires.

3 – Électrophorèse

Cette technique permet de séparer les molécules (protéines, acides nucléiques…) à l’aide d’un champ électrique. Les molécules migrent vers l’électrode de signe opposée à leurs charges (la distance de migration dépend du poids de la molécule).
Exemple
Dans le but de préciser le mode de transmission d’une maladie héréditaire, on a réalisé l’analyse d’ADN, grâce à la technique de l’électrophorèse, chez certains membres d’une famille dont S1 et S2 sont respectivement une fille et un garçon atteints. Les résultats sont présentés dans le document suivant.

Exploitation des résultats :
L’allèle de la maladie est-il dominant ou récessif ?

La fille S1 est atteinte et elle possède uniquement l’allèle A2, donc l’allèle A2 est un allèle muté.
Le garçon S2 possède l’allèle normal : A1 et l’allèle muté : A2 (il est hétérozygote) et il est atteint, donc l’allèle muté A2 s’exprime, il est donc dominant : Donc l’allèle responsable de la maladie est dominant :

A1 : Allèle normal récessif
A2 : Allèle muté dominant

Le gène qui contrôle cette maladie est-il autosomal ou lié au sexe ?

Hypothèse n°1 : Le gène est lié à Y

Si le gène est porté par le chromosome Y, toutes les filles doivent être saines puisqu’elles ne possèdent pas le chromosome Y or la fille S1 est atteinte. Donc le gène ne peut pas être lié à Y.

Hypothèse n°2 : Le gène est lié à X

Si le gène est porté par le chromosome X, tout garçon, doit avoir un seul allèle A1 ou A2, puisqu’il possède un seul exemplaire du chromosome X or le garçon S2 est hétérozygote : possède l’allèle normal et l’allèle muté. Donc le gène ne peut pas être lié à X.

Conclusion :
Le gène qui contrôle cette maladie ne peut pas être lié au sexe (ni à X ni à Y) il s’agit d’un gène autosomal : C’est une maladie dominante autosomale.

II – Transmission de maladies liée aux chromosomes sexuels

1 – Maladie récessive

Le daltonisme est une anomalie de la vision affectant la perception des couleurs.
La fig 1 montre le pedigree d’une famille dont certains individus sont atteints de cette maladie.
La fig 2 présente les résultats de l’électrophorèse de l’ADN correspondant au gène responsable de la maladie (pour I1 et I2).
Q-1 – L’allèle responsable de la maladie est-il dominant ou récessif ?
Q-2 – L’allèle responsable de la maladie est-il porté par un autosome ou un allosome ?

Q-3 – Déterminez le génotype des individus I1, II2, II3 et II4.
Q-4 – Calculer la probabilité que le fœtus soit malade (en%).

R-1 – L’allèle responsable de la maladie est récessif (d) car les parents normaux (I1 et I2) ont un garçon malade (II2).

R-2 –

Le gène n’est pas porté par un autosome, car le père I2 a un seul allèle normal et dominant (selon la fig 2). Donc, si le gène est porté par un autosome, tous ses fils doivent être normaux.
Le gène n’est pas porté par Y, car II2 est un garçon atteint issu d’un père normal.
Donc, le gène est porté par X.

R-3 – Les génotypes :

Individu	Génotype	Justification
I1	XDXd	Saine ayant un garçon (porteuse) malade donc hétérozygote
II2	XdY	Homme malade
II3	XDY	Homme sain
II4	XdXd	Femme malade, donc homozygote pour l’allèle récessif

R-4 –

Les génotypes :
II3 : XDY. Il produit deux types de gamètes XD et Y.
II4 : XdXd. Elle produit un seul type de gamètes Xd.
Échiquier de croisement :

Gamètes	XD 1/2	Y 1/2
Xd 1	XD Xd [D] ♀ 1/2	XdY [d] ♂ 1/2

Donc les probabilités sont :

50 % de garçons malades.
50 % de filles normales.

2 – Maladie Dominante

Le rachitisme vitamino-résistant est une maladie génétique qui présente la particularité d’être résistante au traitement habituel à la vitamine D. La fig présente le pedigree d’une famille dont certains individus sont atteints de cette maladie.

	Nombre de couples	Femelle			Mâle
	Nombre de couples	Saine	Malade	Totale	Sain	Malade	Totale
Père malade mère saine	36	34	0	34	0	27	27
Père sain mère malade	63	31	32	63	29	25	54
Totale	99	65	32	97	29	52	81

Q-1 – Déterminez le mode de transmission de cette maladie.
Q-2 – Déterminez la probabilité que le fœtus du couple (IV1, IV2) soit malade.

R-1 –

L’allèle responsable de la maladie est dominant (R) :
On constate que la maladie est apparue dans toutes les générations, et que chaque individu est malade, un de ses parents est malade.
Aussi les parents 16 et 17 sont malades et leur fils 22 est normal, donc l’allèle normal est récessif.
Le gène est porté par chromosome X.
On constate sur le tableau que la progéniture du 1ᵉʳ cas (père malade) et différente de la progéniture du 2ᵉ cas. Donc, la maladie est liée au sexe. Sinon, on n’aurait pas de différence entre les deux cas.
La maladie n’est pas portée sur Y, car on constate des filles malades.

R-2 –

Les phénotypes :
IV1 : XRY, car c’est un père normal.
IV2 : XRXr : une mère malade qui a eu un garçon sain, donc hétérozygote.
Échiquier de croisement :

gamètes	XR 1/2	Y 1/2
XR 1/2	XRXR [R] ♀ 1/4	XRY ♂ [R] 1/4
Xr 1/2	XRXr [R] ♀ 1/4	XrY [r] ♂ 1/4

Les résultats sont :

50 % ♀ malade.
50 % ♂ : 25 % malade et 25 % sain.
Donc la probabilité que le fœtus soit malade est 75 %.

III – Transmission de maladie autosomales

1 – Maladie récessive

La mucoviscidose est une maladie génétique létale qui provoque une augmentation de la viscosité du mucus et son accumulation dans les voies respiratoires et digestives.
La figure suivante montre un pedigree d’une famille dont certains membres sont atteints de cette maladie.

Q-2 – Déterminez la probabilité que le fœtus III₅ soit atteint de cette maladie.
R-1 –

L’allèle est récessif (m), car on observe des personnes malades (II4, II3) issues de parents sains.
Le gène n’est pas porté par Y, car la fille II3 est malade.
Si l’allèle est porté par X, la fille II3 aurait comme génotype Xm//Xm, dont l’un des Xm proviendrait du père I1 qui serait malade (Xm//Y). Or selon le pedigree, ce père I1 est sain, ce qui infirme cette hypothèse.
Donc, le gène est porté par un autosome.

R-2 –

Les génotypes des parents :
II6 : Son génotype est M//m et produit deux types de gamètes M/ et m/.
II7 : Son génotype est M//m et produit deux types de gamètes M/ et m/.
Échiquier de croisement :

gamètes	M/ 1/2	m/ 1/2
M/ 1/2	M//M [M] ♀ 1/4	M//m [M] 1/4
m/ 1/2	M//m [M] ♀ 1/4	m//m [m] ♂ 1/4

La probabilité est 25 %.

2 – Maladie dominante

La chorée de Huntington est une maladie neurodégénérative qui apparaît tardivement, entre 30 et 50 ans. La personne malade perd, peu à peu, ses fonctions intellectuelles et doit faire face à des troubles moteurs. La figure ci-dessous représente le pedigree d’une famille dont certains membres sont atteints de cette maladie.

Q-1 – Déterminez le mode de transmission de cette maladie.
Q-2 – Donnez le génotype des individus : I1, I2 et IV1.
Q-3 – Calculer la probabilité que l’individu IV2 soit atteint de cette maladie.

R-1 –

L’allèle responsable de la maladie est dominant (H) : Car on remarque sur le pedigree que la maladie existe dans toutes les générations, et tout individu malade est issu d’au moins un parent malade.
Le gène responsable de la maladie est autosomal : Car :
Si le gène est porté par Y, on n'aurait pas de femmes malades, or I1 est une femme malade.
Si le gène est porté par X, toute fille issue d’un père malade doit être malade (la maladie est dominante). Or la fille III1 saine est issue d’un père malade.
Donc la maladie n’est pas portée par Y ni par X, donc elle est portée par un autosome.

R-2 –

Individu	Génotype	Justification
I1	H//h	Malade et ayant des enfants sains, donc elle est hétérozygote
I2	h//h	Car il est sain, donc homozygote pour l’allèle récessif
IV1	H//h	Malade et ayant une mère saine, donc il est hétérozygote

R-3 –

Les génotypes des parents :
III2 : Son génotype est H//h et produit deux types de gamètes H/ et h/.
III3 : Son génotype est h//h et produit un seul type de gamète h/.
Échiquier de croisement :

gamètes	H/ 1/2	h/ 1/2
/h 1	H//h [H] 1/2	h//h [h] 1/2

La probabilité est 50 %.

VI – Les anomalies chromosomiques

1 – Anomalies dans les autosomes

a – Anomalies dans le nombre

Le syndrome de Down est une maladie d’origine génétique, les personnes atteintes se caractérisent par : un retard mental, des malformations internes (notamment du cœur), une petite taille, des courtes mains à paumes présentant un pli unique…
La fig 1 présente le caryotype d’un enfant atteint du syndrome de Down, et la fig 2 présente un schéma expliquant l’origine de cette maladie.

Q-1 – À l’aide de la fig 1, déterminez la cause chromosomique de la maladie.
Q-2 – À l’aide de la fig 2, expliquez l’origine de cette maladie.

R-1 – Le caryotype du malade révèle la présence du chromosome 21 en trois exemplaires. Pour cela, cette maladie est aussi appelée trisomie 21. La formule chromosomique de l’enfant malade est : 2n+1 = 45A + XY.

R-2 – La trisomie 21 résulte de la non-disjonction des chromosomes 21 au cours de la méiose chez l’un des parents : les 2 chromosomes de la même paire ne se séparent pas et passent ensemble dans la même cellule fille. Cela peut se produire lors de la division réductionnelle ou bien lors de la division équationnelle. Ainsi se forment des gamètes possédant 2 chromosomes 21 (n+1 = 24).
La fécondation d’un gamète anormal par un gamète normal entraîne la formation d’un œuf ayant 3 chromosomes 21.

b – Anomalie dans la structure

Ce sont des variations dans la structure des chromosomes qui peuvent être :

Équilibrées : ni perte ni gain de matériel génétique : Translocations (simple, complète ou réciproque).
Déséquilibrées : Délétion, insertion, duplication de fragments chromosomiques.

Q – Réalisez un schéma qui montre les conséquences de la translocation observée dans la fig 2 sur la progéniture de cet individu. (considérant que son épouse est normale).

2 – Anomalies dans les chromosomes sexuels

La figure suivante montre deux anomalies différentes dans les chromosomes sexuels.

a – Le syndrome de Turner (fig 1)

Il n’affecte que les femmes. Les symptômes majeurs sont une petite taille et une anomalie de fonctionnement des ovaires (stérilité). La formule chromosomique de l’individu atteint de Turner est : 2n-1 = 44A + X.

b – Le syndrome de Klinefelter (fig 2)

Il n’affecte que les hommes qui restent stériles et présente parfois un développement anormal de caractères sexuels féminins. La formule chromosomique de l’individu atteint de Klinefelter est : 2n + 1 = 44A + XXY.

c – Explication de l’origine de ces deux anomalies

La figure suivante montre un schéma explicatif de l’origine de ces deux anomalies.

V – Diagnostic prénatal des anomalies chromosomiques

Le diagnostic prénatal peut se faire par plusieurs techniques, citant comme exemples :
1 – L’amniocentèse : consiste à prélever du liquide amniotique dans lequel se trouvent des cellules du fœtus. Ce prélèvement permet de réaliser divers examens, comme la préparation de ce caryotype.
2 – La Fœtoscopie : consiste à prélever un échantillon de sang fœtal à partir du cordon ombilical pour une analyse chimique ou une analyse génétique des cellules qu’il contient.
3 – L’échographie : consiste à réaliser des imageries en employant des ultrasons. Elle permet de suivre le développement du fœtus grâce à la mesure de plusieurs paramètres tels que le volume du liquide amniotique, la taille du fœtus, le volume de sa tête… Elle permet également de mettre en évidence certaines malformations concernant la morphologie du fœtus.