chromosomes

ADN et Chromosomes
Dr Isabelle MAREY
Chef de Clinique
UF de génétique médicale
Département de génétique et cytogénétique
Groupe Hospitalier Pitié Salpetrière
PLAN

1- Généralités

2- de l’ADN aux protéines

3- Réplication de l’ADN, mitose et méïose

4- Anomalies chromosomiques

5- Anomalies géniques et mode de transmission

6- La consultation de
génétique
Cours IFSI
Introduction
Génome Humain
= bibliothèque
Chromosomes (46)
= rayonnage
Gène (30 000)
Anomalies géniques
= livre (4 lettres ATCG)
= mutation
Cours IFSI
Introduction
Mariage
sexes
masculin
IV
féminin
1
2
3
Frères et soeurs
Sujets atteints
Grossesse en
cours
Mariage
consanguin
Jumeaux
monozygotes
Fausse couche
Jumeaux
dizygotes
Sujets décédés
Sujet adopté
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GENERALITES : ADN et gènes
Cours IFSI
De la Cellules à l’ADN
1014 cellules dans le corps humain
Chromosomes
Cellule
Homme
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Support de l’hérédité
=
ADN :
support de
l’info génétique
23 paires de chromosomes =
23 Chromosomes hérités Père
et 23 chromosomes hérités Mère
1 Cellule
L’être humain a :
46 Chromosomes
22 paires de chromosomes
Identiques chez l’homme et chez la femme:
AUTOSOMES
+
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1 paire de GONOSOMES
Spécifique de l’homme et de la femme
Homme : XY Femme : XX
ADN
ADN (Acide DésoxyriboNucléique):
- Dans le noyau des cellules, sous forme de chromosomes
- Support l’information génétique (contient les gènes)
- Composé de séquence de nucléotides
Chaque nucléotide est constitué de 3 éléments :
- Un groupe phosphate
- Un sucre (le désoxyribose)
- Une base azotée
Adénine
(A)
Cytosine
(C)
Guanine
(G)
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Thymine
(T)
ADN
L’ADN se présente sous la forme d’une
double hélice, composée de 2 brins
complémentaires
Les bases sont complémentaires 2 à 2 :
A–T
G–C
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ADN
Cours IFSI
Gènes
Un gène est un segment d’ADN qui code pour une protéine = « unité fonctionnelle » du
génome
Les allèles sont les différentes versions d’un même gène. Chaque gène est en 2
copies (une sur chaque chromosome)
1 gène
Promoteur
Intron
Exon 1
Intron
Exon 2
Exon 3
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Intron
Intron
Exon 4
Exon 5
Du gène à la protéines :
Transcription et traduction
Cours IFSI
Du gène à la protéine
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Transcription de l’ADN en
ARN
• Initiation au promoteur
• Elongation
• Terminaison
• Dans l’ARN, les T sont
remplacés par des U (Uracile)
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Traduction protéique
La synthèse des protéines est appelée traduction
Elle a lieu dans le cytoplasme, au niveau du ribosome qui se fixe sur l’ARN messager
Protéine
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Traduction protéique
A une séquence de bases d’ADN (gène)
correspond une séquence en acides
aminés d’une protéine
Chaque acide aminé est codé par un
triplet de nucléotides (= codon)
Le code génétique est la clé permettant
de passer d’un langage à l’autre
Il existe 20 acides aminés, plusieurs
codons peuvent coder le même acide
aminé
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Protéines
• Chaines d’acides aminés reliés entre eux codées par
l’ADN
• A la base de toutes les fonctions biologiques (fonction
enzymatique, transport, structure, hormone…)
Cours IFSI
Réplication de l’ADN : mitose
et méiose
Cours IFSI
La réplication de l’ADN
 Toutes les cellules de l’organisme sont issues d’une
seule cellule, formée au moment de la fécondation
 Toute les cellules ont le même ADN (= la même
séquence de nucléotides)
 Ceci est possible car l’ADN peut être répliquer (copier)
Cours IFSI
La réplication de l’ADN
Les brins complémentaires se séparent, Chaque brin
sert de matrice pour la synthèse d’un nouveau brin
complémentaire.
Cours IFSI
La mitose
= division d’une cellule mère en 2 cellules filles identiques diploïde
Diploïde veut dire que les chromosome sont présents par paires (23 x 2
chromosomes)
2 cellules
Réplication de l’ADN
mitose
Les 46 chromosomes sont dupliqués en 2 chromatides
Pour chaque chromosome, les chromatides se séparent et se retrouve dans une
cellule fille différente
Cours IFSI
La méiose
La méiose aboutit à la production de cellules sexuées ou gamètes. Permet de passer de
2x23 chromosomes (cellule diploïde) à 23 chromosomes (cellules haploïde).
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La méiose
Aboutit à la production de gamètes génétiquement différents.
2 principaux mécanismes :
 Ségrégation indépendante des chromosomes homologues : attribution aléatoire des 2
chromosomes d’une même paire
 Echange de matériel génétique entre chromosome homologue en méïose I : crossingover
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Anomalies chromosomiques
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Rappels
 Un segment d’ADN qui code pour une protéine = GENE
 Les gènes sont portés par des CHROMOSOMES
 Les chromosomes sont par paires. Pour chaque paire, un chromosome vient du père
et un vient de la mère, les chromosomes d’une même paire sont appelés chromosome
HOMOLOGUE
 Nous avons donc 2 copies de chaque gène, une sur le chromosome maternel, une sur
le chromosome paternel
 Les ALLELES sont les différents formes que peut prendre un même gène. Les allèles
occupent la même position (= LOCUS) sur les chromosomes homologues
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Introduction
Génome Humain
= bibliothèque
Chromosomes (46)
= rayonnage
Gène (30 000)
Anomalies géniques
= livre (4 lettres ATCG)
= mutation
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Rappels
Bras court (p)
Centromère
Télomère
Bras long (q)
Cours IFSI
Caryotype

Etude du nombre et de la structure de
chromosomes
Analyse globale du génome


L’analyse s’effectue le plus souvent sur des
cellules en métaphase
En métaphase : matériel génétique condensé et
apparaît sous forme de chromosomes.
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Caryotype
Tube hépariné
Mitose
Mise en culture 48h
Synchronisation 24h
Etalement sur lame
Fixation
Coloration
Lyse
cellulaire
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Indications
Caryotype post-natal
ENFANT / ADULTE
Retard mental
• Malformations/Dysmorphie
• Retard statural
• Retard pubertaire
• Ambiguïté sexuelle
ADULTE
FCS à répétition
• Infertilité
Anomalie de la spermatogenèse
• Aménorrhée primaire
Ménopause précoce
• Bilan pré PMA
• Enquête familiale
Caryotype pré-natal
Risque combiné trisomie 21 > 1/250
• Clarté nucale/ hygroma
• Signes d’appel écho
• Parent porteur d’un réarrangement
chromosomique
• Antécédent d’anomalie
chromosomique dans la
Fratrie
Type de prélèvement
Trophoblaste : 11-13 SA
Liquide amniotique > 15 SA
Sang foetal > 21 SA
Prélèvements post-mortem : fibroblastes…
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Anomalies de nombres des
chromosomes
Aneuploïdie : anomalie du nombre de chromosomes caractérisée par
la présence d’un chromosome en plus ou en moins
Trisomie : excès d’un chromosome (47 chromosomes)
Monosomie : perte d’un chromosome (45 chromosomes)
Cours IFSI
Trisomie 21
Trisomie 21
Cours IFSI
Syndrome de Turner
Syndrome de Turner
Cours IFSI
Anomalies de structure


Anomalie équilibrée : Ni perte, ni gain de matériel
génétique
Exemple : translocation réciproque
Cassure puis échange de segments entre deux
chromosomes non homologues
Cours IFSI
Anomalies de structure
Anomalie déséquilibrée :
Perte et/ou gain de matériel génétique
Exemple : délétion : cassure suivie de la perte du segment
terminal
Cours IFSI
Autres techniques
Syndrome microdélétionel :
syndrome de DI-George
Cours IFSI
Autres techniques
CGH Array



Analyse globale de tout les
chromosmes
Peut détecter déséquilibres
chromosomiques de
très petite taille
Intérêt diagnostic
1
 10-15 % (MCA/RM)
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Anomalies génétiques et mode
de transmission
Cours IFSI
Définitions
Pénétrance =
Nombre d’individus phénotypiquement atteints
Nombre d’individus génotypiquement atteints
• Complète dans certaines maladies : - Syndrome de Marfan
- Polypose rectolique
- Sphérocytose…
à condition de rechercher précisément le phénotype
• Incomplète dans d’autres maladies : - Neurofibromatose de type 1,
- Polydactylie…
 possibilité de sauts de génération (en apparence)
• Dépendante de l’âge : ex maladie de Huntington
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Définitions

Expressivité variable
Tâches de café au lait
>90%
Aspect en peau de chagrin de la région axillaire> 90%
Neurofibromes > 90%
Nodules de l’iris > 90%
Leucémies ou cancers fréquentes
Retard mental 40%
Macrocranie 27%
Petite taille 16%
Tumeurs du SNC <10%
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Neurofibromes multiples
Définitions


Hétérozygote : les 2 copies du même gènes (allèles) sont
différentes
Homozygote : les 2 copies du même gènes sont identiques
Cours IFSI
Définitions

Génotype : constitution génétique d’un individu

Phénotype : caractère observable de la constitution du génome d’un
individu. Expression du génotype

Un allèle qui s’exprime au niveau du phénotype dès qu’il est présent
en un seul exemplaire est DOMINANT

Un allèle qui s’exprime au niveau du phénotype que lorsqu’il est
présent en 2 exemplaire (homozygote) est RECESSIF
Cours IFSI
Exemples
 Sur le chromosome 9, au locus ABO, se trouve le gène codant pour les groupes
sanguins :
 Il y a 3 allèles : A, B, et O
 A est dominant par rapport à O
B est dominant par rapport à O
O est récessif par rapport à A et B
 A et B sont codominants
Génotype :
A/A
A/O
B/B
B/O
A/B
O/O
Phénotype :
A
A
B
B
A/B
O
Cours IFSI
Techniques moléculaires
Tube EDTA
Analyse de l’ADN
ciblée ou non
Extraction ADN
PCR
Cours IFSI
Type de mutations

Les substitutions: remplacement d’un nucléotide par un autre, différents
conséquences :

Mutation faux-sens : remplacement d’un acide aminé par un autre
AUG  ACG
Méthionine  Thréonine

Mutation non-sens : remplacement d’un acide aminé par un codon stop
UAC  UAA
Tyrosine  STOP

Mutation silencieuse : mutation ne modifiant pas la séquence de la protéine du
fait de la redondance du code génétique
GCUGCC
Alanine  Alanine
• Les insertions ou délétions : addition ou suppression de nucléotides, si non
multiple de 3, changement du cadre de lecture du code génétique
Cours IFSI
Mode de transmission

Autosomique dominante

Autosomique Récessive

Liée à l’X
Cours IFSI
Transmission autosomique
dominante
• Sur un autosome (chromosomes 1 à 22)
• Gène en double exemplaire
• Il suffit d’une anomalie d’une des 2 copies du gène
pour être malade
Cours IFSI
Transmission autosomique
dominante
Transmission verticale sans saut de génération
La maladie est transmise directement d’un parent atteint
La proportion d’atteint est identique dans les deux sexes
Cours IFSI
Transmission autosomique
dominante
Risque théorique de 50 % d’enfants atteints
quelque soit le sexe
Un sujet malade a un parent malade (sauf
mutation de novo)
La descendance de sujets sains est indemne
50 % atteints
50 % sains
Exemples : Neurofibromatose de type I, achondroplasie, chorée de Huntington, maladie de
Marfan
Cours IFSI
Maladie de Marfan

Atteinte squelettique
grande taille, aN pectus, envergure >
1,05, hyperlaxité, arachnodactylie, signe
du poignet ou du pouce, scoliose

Anomalies oculaires
ectopie cristalline, cornée plate…

Anomalies cardiaques
dilatation Ao, dissection Ao
Cours IFSI
Mode de transmission

Autosomique dominante

Autosomique Récessive

Liée à l’X
Cours IFSI
Transmission autosomique
récessive
• Sur un autosome (chromosomes 1 à 22)
• Gène en double exemplaire
• Une anomalie des 2 copies du gène est nécessaire
pour être malade
Cours IFSI
Transmission autosomique
récessive
F = 1/16
• Risque augmenté par consanguinité
• Transmission horizontale (n’atteint qu’une génération)  les
sujets atteints ont des parents normaux (hétérozygotes)
• La maladie s’exprime dans les deux sexes
Cours IFSI
Transmission autosomique
récessive
• Risque de récurrence pour le couple
: 25 %
• 2/3 des enfants
hétérozygotes
sains
sont
• Risque
pour
les
enfants
hétérozygotes
fonction
de
la
fréquence de l’allèle morbide du
conjoint
Atteints
Hétérozygotes
Sain
Homozygotes
Sain
Exemples : Mucoviscidose, drépanocytose, la plupart des déficits enzymatiques
Cours IFSI
La mucoviscidose




Encombrement bronchique, Infections
respiratoires, fibrose pulmonaire,
Insuffisance respiratoire
Mauvaise croissance staturo-pondérale :
insuff pancréatique, troubles digestifs,
infections…
Touche 1 sur 2500 naissances
Fréquence d’hétérozygotie : 1/25
Cours IFSI
Mode de transmission

Autosomique dominante

Autosomique Récessive

Liée à l’X
Cours IFSI
Transmission liée à l’X
Femme conductrice
Non malade (à priori)
ou peu symptomatique
Homme malade
Cours IFSI
Transmission liée à l’X
• Transmission verticale
• Plus de graçons atteints que de filles
ou phénotype plus sévère chez le garçon
• Pas de transmission Père-Fils
• Notion de conductrice obligatoire
Cours IFSI
Transmission liée à l’X
•
50 % des garçons atteints
• 50 % des filles conductrices
Exemples : Myopathie de Duchenne, Hémophilie A et B, X-fragile
Cours IFSI
Myopathie de Duchenne


Clinique:

Début dans la petite enfance;

Fonte et déficit musculaire, débutant aux membres inférieurs puis diffusant aux
autres groupes musculaires;

Mise au fauteuil vers 10 ans;

Insuffisance cardio-respiratoire.
Génétique:

Maladie récessive liée à l’X;

Gène de la dystrophine
Cours IFSI
La consultation de génétique
Cours IFSI
La consultation de
génétique
- POURQUOI ?
- Maladie pouvant être d’origine génétique
(RM, malformations, mie cardiaque, cancers…)
- Risque génétique, hérédité, transmission
- Histoires de famille
- Présent, Passé, Avenir
Cours IFSI
La consultation de
génétique
POUR QUI ?
- La personne atteinte
-
-
Une personne « à risque »
au moins un membre de sa famille atteint (enfant, un
parent, un frère ou une sœur, un cousin, un oncle,…)
Au couple qui a un désir d’enfant
•
Un des conjoints se sait porteur ou à risque de l’être
•
Si les membres du couple sont apparentés (cousins
germains…)
Cours IFSI
La consultation de
génétique
COMMENT ?

Motif de consultation

Données administratives (Nom, Origine géographique…)

Arbre généalogique détaillé (FCS, décès…)


S’assurer de la certitude du diagnostic ou examiner si avis
diagnostic
Explication sur la maladie :
•

Explication du mode de transmission :
•

Signes cliniques, évolution, traitement
En général puis pour le patient et sa descendance
Examens proposés à l’issue de la consultation
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Aspects légaux
Lois de bioéthique, 1994 révisées en 2004 et en 2011
Décret n° 2000-570 du 23 juin 2000
•
L'examen des caractéristiques génétiques d'une personne ne peut être entrepris qu'à des
fins médicales ou de recherche scientifique.
•
Le consentement exprès de la personne doit être recueilli par écrit préalablement à la
réalisation de l'examen, après qu'elle a été dûment informée de sa nature et de sa finalité.
Le consentement mentionne la finalité de l'examen. Il est révocable sans forme et à tout
moment.
•
La prescription d'un examen des caractéristiques génétiques ne peut avoir lieu que dans le
cadre d'une consultation médicale individuelle. Au cours de cette consultation, la personne
doit être informée des caractéristiques de la maladie recherchée, des moyens de la
détecter, des possibilités de prévention et de traitement.
Cours IFSI
Aspects légaux
Lois de bioéthique, 1994 révisées en 2004 et en 2011
Décret n° 2000-570 du 23 juin 2000



Le compte rendu d'analyse de biologie médicale commenté et signé par un praticien
responsable agréé […] doit être adressé exclusivement au praticien prescripteur des
examens génétiques
Le médecin prescripteur ne doit communiquer les résultats de l'examen des
caractéristiques génétiques qu'à la personne concernée, ou à celle titulaire de l'autorité
parentale s'il s'agit d'un mineur […]. La communication des résultats doit se faire, dans
le cadre d'une consultation médicale individuelle.
La personne concernée peut refuser que les résultats de l'examen lui soient
communiqués
Cours IFSI
Conclusion

L’ADN est sous forme de chromosomes dans le noyau des cellules

Les gènes sont des segments d’ADN permettant la fabrication des protéines

Les protéines servent aux différentes fonctions de la vie


La mitose est la division d’une cellule mère en 2 cellules filles identiques qui sont
diploïdes
La méïose permet la production des gamètes qui sont haploïdes
Cours IFSI
Conclusion
• Arbre généalogique permet d’orienter vers un mode de transmission
dominant / récessif / lié à l’X
• Anomalies des chromosomes
- de nombre
- de structure
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Exemples
Cours IFSI
3
4
2
AD pénétrance complète (Transmission père-fils)
Ex : Syndrome de Marfan, Achondroplasie, Neurofibromatose
1…
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AD pénétrance incomplète
Ex : cancer du sein, maladie de Charcot-Marie-Tooth AD,
paraplégie spastique héréditaire
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Récessif lié à l’X
Ex : Duchenne, hémophilie
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Autosomique Récessif
Ex : Mucoviscidose, Drépanocytose, Thalassémies, Maladie de
Tay-Sachs, Maladie de Gaucher , Amyotrophie spinale
progressive, Ataxie de Friedreich…
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50 ans
20 ans
25 ans
31 ans
17 ans
Autosomique Dominant avec anticipation (Maladie de Steinert,
Huntington ) ?
Autosomique Dominant (pénétrance incomplète et/ou
néomutation chez un des grands parents ? )
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3
3
2
2
3
2
Dominant expressivité variable
Ex : Plusieurs phénotypes épileptiques différents dans une
même famille
Cours IFSI
Maladie autosomique dominante (achondroplasie)
: mutation de novo
Risque pour le fœtus d’être atteint : faible
(risque résiduel lié au risque de mosaïque germinale)
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Mode de transmission ?
• RX, DX, AR, mito : exclus
• AD ?
Avec Pénétrance incomplète
et/ou Expressivité variable
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