14 la genetique

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Dr BOGGIO
La génétique
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2.2 S1 Cycles de la vie et grandes fonctions
IFSI Dijon - Promotion COLLIERE 2014-2015
Les chromosomes sont constitués d’ADN.
Les gènes sont des segments d’ADN.
Ils renferment des recettes, des plans pour la synthèse des protéines.
Une grande partie des protéines sont des enzymes.
Ces enzymes dirigent les synthèses
de presque toutes les molécules de l’organisme.
Par l’intermédiaire des enzymes,
les gènes s’expriment dans la couleur des yeux,
le sexe du sujet, son groupe sanguin,
la proportion des différents types de fibres musculaires…
La génétique est la science de l’hérédité.
L’ensemble des gènes constitue le génome (humain).
Il a été récemment déchiffré :
la séquence des trois milliards des bases de l’ADN
(code génétique) humain est connue.
La fonction de plusieurs milliers de gènes est connue.
Espoir thérapeutique.
Notions de base.
L’être humain possède deux jeux de chromosomes,
un provenant de chaque parent
(figure 16.4)
La plupart des cellules de l’organisme
renferment ce double jeu de chromosomes.
On les dit diploïdes
et le nombre des chromosomes est représenté par 2n.
Chez l’homme : 2 n = 46.
Les cellules diploïdes contiennent 23 paires de chromosomes
dits chromosomes homologues.
Chaque paire est constituée
d’un chromosome paternel et d’un chromosome maternel.
Les deux chromosomes d’une même paire sont semblables.
Ils portent des gènes qui codent pour les mêmes traits
mais pas nécessairement
pour la même expression de ces traits.
Exemple : des gènes homologues
(situés au même endroit sur les chromosomes homologues)
déterminent l’expression des taches de rousseur.
Le gène porté par le chromosome paternel
peut coder pour la présence
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d’un grand nombre de taches de rousseur,
alors que le gène porté par le chromosome maternel
peut coder pour leur absence.
Les gamètes, cellules sexuelles, renferment seulement
23 chromosomes
soit un nombre haploïde dit n
une seul chromosome
de chaque paire de chromosomes homologues
Quand le gamète mâle et le gamète femelle s’unissent
(fécondation), l’œuf (= zygote) est diploïde.
La formation des gamètes chez l’homme et la femme,
fait intervenir une étape essentielle,
une division cellulaire particulière, la méiose.
Dans la division cellulaire classique (mitose),
les chromosomes répliqués
sont distribués également aux deux cellules filles
(celles qui sont issues de la division).
Chacune des cellules filles reçoit
un jeu de chromosomes strictement identique
à celui de la cellule qui s'est divisée
(la cellule mère).
Chaque cellule issue fille reçoit donc
les deux chromosomes homologues d’une même paire.
La méiose comporte deux divisions cellulaires successives
qui produisent quatre cellules filles.
Chacune de ces cellules filles possède
la moitié des chromosomes de la cellule ordinaire,
un de chaque paire de chromosomes homologues.
La méiose réduit donc le nombre de chromosomes de moitié :
de 2n à n.
Figure 17.1
La première division de la méiose est appelée méiose I
La seconde division de la méiose est appelée méiose II.
Méiose I
Rappel de la mitose :
Avant la mitose, tous les chromosomes sont répliqués
(pendant la fin de l’interphase).
Les copies identiques restent unies
sous forme de chromatides-soeurs
unies par un centromère.
Les centromères se divisent
et les chromatides se séparent
pour migrer chacune vers un pôle de la cellule.
Chaque cellule-fille
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hérite donc d’une copie de chaque chromosome.
Dans la méiose I,
les chromosomes se répliquent.
Mais les chromosomes répliqués de la même paire se cherchent, se trouvent et
s’apparient sur toute leur longueur.
Ils s’accolent en plusieurs points comme une boutonnière.
Ce phénomène est la synapsis.
Il conduit à la formation de tétrades
(deux chromosomes répliqués de la même paire et appariés).
La synapsis permet l’enjambement ou crossing-over
17.4
L’enjambement est le croisement d’une chromatide maternelle
et d’une chromatide paternelle.
L’enjambement permet l’échange de matériel génétique,
entre les chromosomes paternel et maternel.
Il autorise donc un certain brassage du matériel génétique.
Retour 17.1
Pendant la méiose I,
les tétrades s’alignent au hasard
à l'équateur du fuseau mitotique,
On peut donc trouver des chromosomes maternels et paternels
de chaque côté de la plaque
(le schéma 17.1 ne le montre malheureusement pas !)
Puis les chromosomes homologues d’une même paire
migrent chacun vers un pôle,
mais les chromatides d’un même chromosome
ne se séparent pas.
La méiose I est dite division réductionnelle de la méiose,
puisque les cellules filles sont haploïdes.
(Les chromatides-sœurs unies par le centromère
sont un seul chromosome déjà répliqué).
Méiose II.
C’est ‘équivalent d’une mitose
sauf que les chromosomes ne se répliquent pas
à la fin de l’interphase puisqu’ils le sont déjà ! répliqués.
Les chromatides se répartissent entre les deux cellules- filles.
La méiose II est dite division équationnelle de la méiose.
Résultat : quatre cellules haploïdes,
chacune possédant une seule copie
de chaque molécule d’ADN
La méiose a donc deux effets.
Elle divise le nombre des chromosomes par 2.
Elle crée des variations génétiques.
Le vocabulaire de la génétique
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46 chromosomes, 23 paires ;
Une des paires est constituée des chromosomes dits sexuels (X et Y) parce qu’ils
déterminent le sexe génétique de l’individu
XX = féminin
XY = masculin
Les 44 chromosomes des 22 autres paires sont les autosomes. Ils guident
l’expression des autres traits.
Le caryotype est l’ensemble des chromosomes
d’une cellule diploïde
(17.2)
C’est un examen effectué par les laboratoires de cytogénétique.
Les chromosomes homologues sont classés selon leur taille,
la position de leur centromère,
la longueur des « bras » de part et d’autre du centromère,
les motifs des bandes claires et sombres qu’ils portent.
Un caryotype peut mettre en évidence
une anomalie du nombre ou de la structure des chromosomes.
Le génome est l’ensemble du matériel génétique.
Il est constitué de l’ensemble des molécules d’ADN,
organisé en deux ensembles d’instructions génétiques,
un qui provient de la mère, un qui provient du père.
Le génome est constitué de 25 000 gènes,
inégalement répartis sur les chromosomes.
Chaque gène est une séquence d’ADN
qui donne les instructions nécessaires
à la synthèse d’une protéine.
Un gène a un emplacement précis appelé locus
sur un chromosome.
Exemple le gène qui détermine le groupe sanguin ABO
a le locus 9q34 :
il occupe la quatrième bande de la région 3
du bras long (q) du chromosome 9.
Allèles
Les chromosomes étant appariés, les gènes le sont aussi.
C’est en réalité une paire de gènes
(et non un gène comme dit précédemment)
qui donne les instructions
pour la synthèse d’une protéine
conduisant à un trait particulier.
Les gènes appariés qui occupent
le même locus de chromosomes homologues
sont appelés allèles.
Ils peuvent être exactement identiques
ou présenter des variantes discrètes
dans la séquence des bases.
Dans le premier cas les deux allèles codent
pour la même expression d’un trait,
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dans le second cas
pour des expressions différentes.
Lorsque les deux allèles qui déterminent un trait
sont identiques,
la personne est dite homozygote pour ce trait.
Lorsqu’ils sont différents, elle est dite hétérozygote.
Parfois un allèle masque ou supprime l’expression de l’autre.
On dit qu’il est dominant.
L’autre est récessif.
L’allèle dominant est représenté par une majuscule,
le récessif par une minuscule.
Les allèles dominants s’expriment,
qu’il y en ait ou deux.
La combinaison AA ou Aa exprime le trait
comme il est prévu par l’allèle A.
Les allèles récessifs ne s’expriment
que s’ils sont en double exemplaire : aa.
Les traits dominants ne s’expriment pas
nécessairement plus souvent que les traits récessifs
car tout dépend de l’abondance relative de chaque allèle
dans la population.
La combinaison aa pour un gène donné
peut être beaucoup plus fréquente
que les combinaisons AA ou Aa.
Le patrimoine génétique d’une personne est son génotype.
La façon dont il se manifeste est son phénotype.
Exemple : la couleur des yeux fait partie du phénotype.
Elle est déterminée par le génotype.
Les sources sexuelles des variations génétiques
A l’exception des jumeaux vrais,
le génotype de chaque humain est différent de celui des autres.
Les humains diffèrent les uns des autres par 3000 gènes.
Cette variabilité résulte de deux phénomènes :
les deux premiers ont lieu lors de la formation des gamètes :
(1) la ségrégation indépendante
des chromosomes homologues,
(2) l’enjambement des chromosomes homologues,
(1) la ségrégation indépendante des chromosomes
17.3
Toutes les paires de chromosomes homologues
entrent en synapsis (s’accolent) pendant la méiose I.
Le synapsis se produit au cours
de la formation des spermatozoïdes,
les gamètes mâles (= spermatogenèse)
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et au cours de la formation des gamètes femelles,
les ovules (= ovogenèse).
L’orientation des tétrades dans l'équateur
du fuseau mitotique de la méiose I se fait au hasard.
Les chromosomes provenant du père et de la mère
sont distribués au hasard dans les cellules filles.
Donc les deux allèles qui déterminaient chez le père
(et chez la mère) un trait donné
sont séparés (= ségrégation).
Pour 2n = 6 le nombre des combinaisons de gamètes possibles
est déjà de 8.
Avec 2n = 46, il est de 223, soit 8,5 millions.
Il y a une chance sur 8,5 millions
que les chromosomes de deux spermatozoïdes
du même père soit identique.
Idem pour les ovules.
La probabilité que deux enfants non jumeaux,
issus des mêmes parents aient le même génotype
est donc quasi nul.
(2) l’enjambement des chromosomes homologues et les recombinaisons
génétiques.
Les gènes d’un même chromosome sont dits « liés »
puisqu’ils sont physiquement attachés les uns aux autres et transmis en bloc à
la cellule fille au cours de la mitose.
Mais au cours de la méiose,
les chromosomes peuvent échanger
des segments de gènes grâce à l’enjambement.
Deux chromatides non sœurs s’entrecroisent,
se fracturent puis se ressoudent
en ayant échangé quelques gènes.
Certains gènes du chromosome paternel
se retrouvent sur le chromosome maternel.
Et inversement.
L’enjambement aboutit à la
formation de « chromosomes recombinants ».
Dans l’exemple (fantaisiste) de la figure 17.4 :
les gènes qui codent
pour la couleur des cheveux et des yeux sont liés.
Le chromosome paternel renferme
les allèles qui codent
pour les cheveux blonds et les yeux bleus,
alors que les allèles maternels codent
pour les cheveux bruns et les yeux marrons.
Ces allèles sont dits liés.
Le croisement se trouve entre les deux allèles liés.
En raison de l’enjambement,
deux des quatre chromatides de la tétrade
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ont des allèles mélangés.
Au cours de la synapsis,
les chromatides accolées peuvent subir
plusieurs enjambements.
Les enjambements entraînent alors
la recombinaison d’un grand nombre de gènes,
et pas seulement de deux comme dans l’exemple.
Plus le chromosome est long,
plus il peut subir d’enjambements.
Plus les gènes sont éloignés,
plus ils peuvent subir des recombinaisons.
A l’inverse, deux gènes très rapprochés
peuvent ne jamais être recombinés
et se transmettre toujours en bloc.
Si les 23 tétrades subissent des enjambements,
le nombre des recombinaisons est quasi infini.
En définitive un individu hérite
la moitié de ses gènes de chaque parent
mais il n’hérite pas exactement du quart des gènes
de ses grands-parents
en raison des recombinaisons
qui se sont produits lors de la formation des gamètes
(ceux des parents) dont il est issu.
Les types de transmission héréditaire
Le plus souvent un trait phénotypique
est déterminé par l’interaction de plusieurs gènes.
La transmission héréditaire du trait est alors polygénique.
C’est le cas pour la prédisposition à certaines maladies.
Seuls quelques traits phénotypiques
sont attribuables à une seule paire de gènes.
L’hérédité est alors dite monofactorielle.
Elle est alors plus facile à décrypter.
Hérédité dominante-récessive.
Figure 17.5
Exemple. L’allèle L est dominant et détermine
le phénotype « lobe des oreilles libres ».
L’allèle l est récessif et détermine
le phénotype « lobe des oreilles fixé ».
Ici les deux parents sont hétérozygotes pour ce trait.
Ils ont le génotype Ll et le phénotype « lobe libre ».
La moitié des gamètes paternels
portent l’allèle L et l’autre moitié l’allèle l.
Idem pour la mère.
La probabilité que l’enfant ait le génotype ll
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et donc le phénotype « lobe lié » est de 25%.
La probabilité qu’un enfant ait le lobe libre est de 75%.
A chaque enfant, la probabilité est la même.
Le résultat ne dépend pas de l’enfant précédent !
Il s’agit d’événements statistiques indépendants.
Si ces parents ont 100 enfants,
environ 75% d’entre eux auront les lobes libres.
S’ils n’ont que deux enfants,
la probabilité que ces enfants aient tous les deux
les lobes liés est de 1/16 (¼ x ¼).
Les traits dominants.
Les sujets atteints ont un génotype de type Zz ou ZZ
Lobe des oreilles libres
Capacité de rouler sa langue en U
Taches de rousseur
Fossettes aux joues
Capacité de percevoir le PTC,
substance chimique amère contenue dans les choux.
Quelques maladies :
Achondroplasie (nanisme avec des os très courts),
Chorée de Huntington (démence apparaissant vers 40 ans).
Comme le génotype homozygote dominant
est mortel chez le fœtus,
tous les patients sont hétérozygotes
et le risque pour un enfant
d’un parent atteint d’avoir la maladie
(et que ses enfants l’aient) est de 50%.
Les traits récessifs
Les sujets atteints ont un génotype de type zz :
le trait s’exprime.
Albinisme : absence de pigmentation de la peau
Mucoviscidose ou fibrose kystique du pancréas
Les hétérozygotes Zz ne sont pas atteints par la maladie.
Mais ils transmettent l’allèle z à la moitié de leurs enfants.
Si celui-ci reçoit un autre allèle z de l’autre parent
(également hétérozygote), il exprime la maladie.
La dominance incomplète ou codominance
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Elle est fréquent chez les plantes et chez les animaux, beaucoup moins chez
l’homme.
Le phénotype de l’hétérozygote (Zz) est intermédiaire
entre les phénotypes des homozygotes (ZZ et zz).
Exemples fleur rouge, fleur blanche, fleur rose.
Un exemple chez l’Homme.
La drépanocytose, très répandue en Afrique,
maladie causée par la substitution
d’un acide aminé à la place d’un autre dans l’hémoglobine.
Le sujet homozygote zz fait une maladie sévère.
Le sujet hétérozygote Zz est en bonne santé mais il a
de temps en temps des accès de maladie.
Curieusement le sujet hétérozygote
résiste mieux au paludisme (maladie parasitaire)
que le sujet homozygote ZZ pour l’allèle normal.
La transmission par allèles multiples
Chaque individu reçoit deux allèles d’un même gène.
Mais pour certains gènes
il existe plus de deux allèles possibles.
C’est le cas pour le système de groupe sanguin ABO.
Trois allèles sont possibles IA, IB et i.
IA et IB sont codominants,
i est récessif.
Les génotypes IA i et IA IA donnent
un groupe sanguin (phénotype) A
Le génotype IB i et IB IB donnent
un groupe sanguin (phénotype) B
Le génotype IA IB donne un groupe sanguin (phénotype) AB
Le génotype ii donne un groupe sanguin (phénotype) O
L’hérédité liée au sexe
Les traits héréditaires déterminés
par des gènes localisés sur les chromosomes sexuels
sont dits liés au sexe.
Les chromosomes sexuels X et Y
ne sont que partiellement homologues.
Le chromosome Y est beaucoup plus petit.
N.B. Le chromosome Y porte les gènes
qui déterminent le sexe masculin.
Le chromosome X
porte beaucoup plus de gènes que le chromosome Y.
Conséquence : un grand nombre de gènes du chromosome X
sont absents sur le chromosome Y.
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Un gène qu’on trouve uniquement sur le chromosome X
est dit lié au chromosome X, ou lié à l’X.
Exemples d’hérédité liée à l’X :
gènes en cause dans le daltonisme ou dans l’hémophilie.
Lorsqu’un homme reçoit un allèle récessif
lié au chromosome X,
l’expression de ce gène n’est jamais masquée
par un autre gène,
car il ne possède pas d’allèle correspondant
sur le chromosome Y.
Le gène récessif s’exprime donc toujours même s’il est seul.
Par contre, les femmes doivent recevoir
2 allèles récessifs liés au chromosome X
pour que la maladie s’exprime.
Donc très peu de femmes
présentent des maladies liées au chromosome X.
Transmission de la maladie
Père malade Xh Y (h = gène de l'hémophile).
Mère non conductrice XX
Aucun enfant malade.
Toutes les filles pourront transmettre l’allèle de l’hémophilie.
Père XY.
Mère conductrice Xh X.
Risque de 50% pour les garçons d’être malades.
Risque de 50% pour les filles d’être conductrices.
L’hérédité polygénique
Un grand nombre de phénotypes dépendent
de l’action conjointe de plusieurs gènes.
L’hérédité polygénique produit
des variations phénotypiques continues ou qualitatives.
Exemple : la couleur de la peau
dépend de l’action de trois gènes
ayant chacun deux allèles : A,a ; B,b ; C,c
A, B et C codent pour des pigments cutanés foncés.
Le génotype AABBCC donne une peau très foncée ;
aabbcc, une peau très claire.
L’union d’individus hétérozygotes pour ces gènes
peut donner des enfants de très grande variété d’intensité de pigmentation.
Fig 17.6
Idem pour la taille.
Idem pour la couleur de l’iris
(contrairement à l’hypothèse ancienne)
Idem pour la prédisposition aux maladies.
Les facteurs environnementaux et l’expression génique
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La génétique n’explique pas tout.
D’ailleurs les cellules d’un même individu
ont les mêmes gènes mais ont des fonctions différentes. Leurs gènes
n’agissent pas de la même façon
selon le type de cellule.
Cette modification des gènes et/ou de leur fonctionnement
constitue l’épigénétique.
L’épigénétique est le troisième phénomène
qui explique la variabilité des enfants de mêmes parents (les deux premiers
étaient la ségrégation des chromosomes homologues et la conséquence des
enjambements).
De même les vrais jumeaux ne sont pas identiques
en tous points.
La taille d’une enfant dépend
en partie de la taille de ses parents
mais le potentiel génétique
peut ne pas s’exprimer totalement,
par exemple si l’enfant souffre de malnutrition
ou s’il est porteur d’une anomalie hormonale
(due éventuellement à d’autres gènes)
qui altère sa croissance.
Le domaine de l’épigénétique est en plein développement.
Il reste plein de mystères.
Certaines des modifications épigénétiques
peuvent se transmettre à la génération suivante…
Des phénomènes survenant pendant la grossesse
peuvent modifier l’expression ultérieure des gènes…
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