Chapitre 3
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Chapitre 2 La complexité des relations entre génotype et phénotype. Introduction : Les gènes gouvernent la synthèse des protéines et jouent un rôle important dans la réalisation du phénotype. Cependant un caractère phénotypique implique parfois plusieurs gènes et dépend en partie de facteurs environnementaux. Le phénotype ne se résume donc pas à la seule expression de l’information génétique. Les relations entre phénotype et génotype sont beaucoup plus complexes. Problèmes scientifiques : - Quelles sont les relations entre gènes et caractères d’un individu ? - Quelle est l’influence de l’environnement sur l’expression des gènes ? - Comment la connaissance des relations entre génotype et phénotype permet elle le dépistage d’anomalies génétiques ? I- Un phénotype macroscopique peut correspondre à plusieurs génotypes. A- L’expression des différents allèles d’un gène. Exemple de la mucoviscidose 1°). La diversité allélique. La mucoviscidose est due à une anomalie de la protéine membranaire CFTR. Le caractère « protéine CFTR » est codé par un gène noté « CF » qui peut être présent sous deux versions différentes, les allèles : - l’allèle normal noté F code pour une protéine CFTR normale formant un canal dans la membrane des cellules. - l’allèle responsable de la maladie noté f code pour une protéine CFTR anormale incapable de former un canal transmembranaire. . => Le gène codant la protéine CFTR présente deux allèles différents, on parle de diversité allélique. 2°). Le génotype : une combinaison d’allèles. Chaque caractère est codé par un gène présent sur les deux chromosomes homologues d’une même paire ici n°7 Génotype d’un porteur sain (F // f) Génotype d’un individu malade (f // f) Si les deux exemplaires du gène sont identiques, un seul allèle est présent dans la cellule. L’individu est homozygote pour ce gène. Si les deux exemplaires sont différents, il existe alors deux allèles dans la cellule, l’individu est hétérozygote pour ce gène. Le porteur sain possède des allèles différents du gène CF, c’est un individu hétérozygote. L’individu malade possède des allèles identiques du gène CF, c’est un individu homozygote. 3°). Dominance et récessivité. Phénotype à l’échelle de l’organisme : Individu Génotype Porteur sain (F // f) Individu malade (f // f) Phénotype macroscopique [sains] [malade] Seule la présence de l’allèle F se traduit dans le phénotype du porteur sain, l’allèle F est dominant. L’allèle f est récessif, il ne se traduit dans le phénotype que lorsqu’il est présent en deux exemplaires (ex : enfant homozygote) B- Différents génotypes peuvent correspondre à un même phénotype. Le gène responsable de la synthèse de la protéine CFTR possède deux allèles : F et f L’allèle F est dominant sur l’allèle f. Les génotypes responsables du phénotype sain peuvent donc être : (F // F) : l’individu est homozygote et de phénotype [sain] (F // f) : l’individu est hétérozygote et de phénotype [sain] => Un même phénotype peut être dû à plusieurs génotypes différents. II- Un caractère peut être déterminé par l’expression de plusieurs gènes Exemple de l’albinisme La pigmentation résulte de la présence d’une molécule sombre : la mélanine. La synthèse (fabrication) de la mélanine se fait en plusieurs étapes grâce à des enzymes. Voie de biosynthèse de la mélanine : Enzyme 1 Précurseur Enzyme 2 = Tyrosinase Tyrosine Mélanine Un gène code pour une protéine. Souvent, plusieurs enzymes codées par des gènes différents sont nécessaires à la biosynthèse d’une molécule, c’est le cas de la mélanine responsable de la pigmentation de la peau. => Un phénotype macroscopique donné résulte de processus biologiques gouvernés par l’expression de plusieurs gènes ( ex : chaîne de synthèse d’une molécule comme la mélanine). Un des gènes peut subir une mutation et générer un nouvel allèle. Si la protéine codée par cet allèle n’est pas fonctionnelle c’est l’ensemble du phénotype qu’elle contribue à établir qui est modifié. => Lorsqu’un phénotype est gouverné par plusieurs gènes, la mutation de l’un d’entre eux suffit à modifier le phénotype. III- Des facteurs de l‘environnement contribuent au phénotype. -Plusieurs facteurs peuvent intervenir sur la détermination d’un phénotype tel que le phénotype cancéreux : A- L’existence de gènes de prédisposition. Parmi les allèles d’un gène, certains sont plus fréquemment associés à une pathologie (obésité, cancers, hypertensions…). La présence d’un allèle défectueux ne suffit pas à déclencher la maladie, mais elle y contribue de façon statistique : la probabilité ou la fréquence d’apparition d’un cancer augmente, on parle de gène de prédisposition. (Mutation d’un allèle de prédisposition, souvent d’un sujet hétérozygote entraîne l’apparition du cancer). Lorsque ces allèles sont hérités des parents, la prédisposition est familiale : l’environnement génétique (ou terrain) influence donc le phénotype. B- L’environnement module l’expression du génotype. Le phénotype est déterminé par le génotype. Cependant, le phénotype d’un individu peut varier selon les conditions de l’environnement et cela de manière réversible. Par exemple le bronzage dépend de l’exposition au soleil. (action sur le fonctionnement d’enzymes). => L’environnement peut modifier l’activité d’une protéine. => L’environnement peut activer ou inhiber la synthèse d’une protéine à partir d’un gène. Certains facteurs de l’environnement favorisent l’apparition de mutations à l’origine de phénotypes cancéreux : ce sont des agents mutagènes. Le facteur le plus important est l’alimentation (trop de graisses, trop de sel et pas assez de vitamines, d’anti-oxydants présents dans les fruits et légumes), viennent ensuite le tabac et l’alcool. => Certains facteurs augmentent la probabilité de mutation des gènes. C- Les interactions entre plusieurs gènes. La réalisation d’un phénotype dépend de l’interaction de plusieurs gènes entre eux, et aussi avec des facteurs de l’environnement. IV- Une application : la détection de certains allèles en médecine prédictive et diagnostic prénatal. A- Le phénotype est multifactoriel. Les caractéristiques biologiques d’un individu dépendent de son génotype, mais la complexité des interactions entre les gènes et l’influence des facteurs externes (liées à l’environnement) font qu’il est très difficile de prévoir le phénotype : le phénotype est multifactoriel. Par exemple, les maladies cardio-vasculaires ont une forte composante génétique, mais une alimentation déséquilibrée, un mode de vie sédentaire, le stress, le tabagisme et l’alcoolisme sont des facteurs aggravants. Ces maladies sont multifactorielles. B- Les méthodes de tests génétiques. Empreintes génétiques -cellules sanguines -toute cellule disponible Cellules prélevées (peau, spermatozoïdes, cheveux) Mode de prélèvement des Prise de sang cellules 1-Extraction, puis coupure de l’ADN en fragments. Méthodes 2-Electrophorèse : d’analyse séparation des fragments génétique sur un gel et détection des fragments contenant l’allèle étudié. Domaine d’application Choriocentèse Amniocentèse Cellules d’une région du placenta formée par l’embryon (chorion) Cellules de l’embryon présentes dans le liquide amniotique Pince introduite dans les voies génitales Ponction intra-abdominale dans l’amnios Diagnostic pré-implantoire Cellules embryonnaires obtenues par fécondation in vitro, avant implantation de l’embryon. Aspiration d’une cellule embryonnaire à l’aide d’une micropipette -idem empreintes génétiques -possibilité de réaliser un caryotype -dépistage de maladies -dépistage avant la -Dépistage avant la -recherche de paternité naissance (10eme semaine) naissance (14eme semaine) -identification d’un criminel chez les individus à risque chez les individus à risque. -dépistage après fécondation in vitro, dans le cas d’une famille avec une maladie génétique grave. Le but de la médecine prédictive est de détecter chez un individu la présence d’allèles susceptibles de lui nuire afin de prévenir, si possible, une maladie grave. La recherche des allèles prédisposant à certaines maladies peut être réalisée chez le fœtus, dès le début de la grossesse. C’est le diagnostic prénatal obtenu après prélèvement de l’ADN du fœtus et son analyse séquentielle. Des anomalies avérées et graves autorisent le recours à l’interruption volontaire de grossesse (IVG). C- La médecine prédictive et la loi de bioéthique. Dérives possibles Utilisation des tests génétiques pour définir des cotisations d’assurances, en recrutement Dérives eugéniques (choix par les parents du sexe et d’autres caractères de leur enfant) Législation Limitation des tests à des fins médicales Demande du consentement de la personne concernée Barrières contre la diffusion commerciale des résultats Une généralisation de la médecine prédictive entraînerait de nombreuses dérives, la loi de bioéthique permet en France d’éviter ces dérives. Conclusion : Les relations entre phénotype, génotype et environnement sont complexes, en effet un phénotype peut provenir de différents génotypes ; un caractère donné peut être le résultat de l’expression de plusieurs gènes et l’environnement peut intervenir dans la réalisation d’un phénotype. La recherche de certains allèles lors d’un diagnostic prénatal permet de détecter d’éventuelles anomalies génétiques.
