genetique

GENETIQUE
La génétique est l’étude de la transmission des caractères héréditaires et de ses
anomalies.
I- BASES BIOCHIMIQUES DE LA GENETIQUE
L’ADN est le support de l’information génétique, c’est à dire de toutes les
caractéristiques qui aboutissent à la fabrication d’un être vivant. Cet ADN est situé
exclusivement à l’intérieur du noyau cellulaire.
La structure de l’ADN en double hélice, a été décrite dans les année 50 par James
Watson et Francis Crick, ce qui leur a valu le prix Nobel de Médecine. L’ADN est une très
longue molécule qui a la forme d’une échelle en hélice, échelle dont les montants sont
constitués de phosphate et de sucre (le désoxyribose) et les bareaux de deux bases. Les
quatre base existantes sont l’adénine (A), la thymine (T), la guanine (G) et la cytosine (C).
Ces bases s’apparient selon une loi immuable pour former un barreau, A avec T et G avec C
(A-T , G-C). Un nucléotide est l’association d’un phosphate, d’un sucre et d’une base. Les
barreaux ne se suivent pas selon une permutation régulière mais selon des combinaisons
variables formées de trois barreaux: c’est le code génétique.
1
II- BASES CELLULAIRES DE L’HEREDITE
L’ADN se présente dans le noyau cellulaire sous deux formes différentes. Lorsque la
cellule est au repos, l’ADN apparaît sous forme de chromatine. Lors de la division, il
constitue les chromosomes mais il s’agit d’un simple changement d’aspect.
La chromatine
Le noyau cellulaire contient des blocs très colorés, la chromatine. Son étude en
microscopie électronique montre qu’elle est formée de fibres chromatiniennes qui sont
constituées d’ADN dont la double hélice est entourée d’un manchon de protéines. Ces fibres
sont enroulées en spirale formant un filament qui est à son tour torsadé sur lui-même.
Les chromosomes
Chaque chromosome est constitué de deux chromatides réunies par une zone
rétrécie, le centromère. Chaque chromatide possède deux bras.
Chez l’homme, toute l’information génétique est contenue dans 23 paires de
chromosomes soit 46 chromosomes. Dans chaque paire, l’un des chromosomes est
d’origine paternelle, l’autre d’origine maternelle.
2
III- FONCTIONNEMENT
L’ADN possède schématiquement deux grandes propriétés:
• il est capable de se répliquer
• il commande la synthèse des protéines, constituants essentiels des êtres vivants.
1- La réplication de l’ADN
A l’issue de la mitose, chaque cellule fille reçoit l’information génétique sous forme
d’ADN. Pour cela, juste avant la division cellulaire, le noyau de la cellule mère synthétise de
l’ADN pour doubler son stock. Il réplique chaque molécule d’ADN. Cette réplication se fait
selon un mode semi-conservatif. Les deux chaînes de la molécule d’ADN s’écartent par
rupture des liaisons faibles reliant les bases. Face à chacun des deux brins, un brin nouveau
est synthétisé par incorporation des nucléotides présents dans le noyau à l’état dispersé.
Par le jeu de la complémentarité obligatoire des bases (A-T et G-C), les deux molécules
d’ADN nouvellement formées sont identiques à la molécule mère. L’ensemble des réactions
biochimiques nécessaires à cette réplication est sous la dépendance d’enzymes spécifiques.
3
2- La transcription de l’information génétique: synthèse des protéines
L’information génétique est contenue dans le noyau alors que la synthèse des
protéines a lieu dans le cytoplasme. Il y a donc transfert de l’information du noyau vers le
cytoplasme. Pour cela l’information génétique de l’ADN est transcrite en ARN messager.
L’ARN messager (ARNm) est comme l’ADN un acide nucléique, c’est à dire une
molécule formée par l’enchaînement de nucléotides. Cependant il présente plusieurs
différences avec l’ADN:
• le sucre n’est pas du desoxyribose mais du ribose
• la thymine (T) de l’ADN est remplacée par de l’uracile (U)
• la molécule n’est formée que d’une seule chaîne de nucléotides
• la longueur de la molécule d’ARNm est très inférieure à celle de l’ADN car elle n’est la
copie que d’une portion de la molécule d’ADN
La synthèse de l’ARNm au contact de l’ADN fait intervenir un complexe enzymatique,
l’ARN polymérase. Elle ouvre la molécule d’ADN au niveau des liaisons faibles qui unissent
deux chaînes, puis réalise la polymérisation des nucléotides (ce qui assure la synthèse de
l’ARNm) dans un ordre imposé par la complémentarité obligatoire entre les bases des
nucléotides de l’ARNm et celles des nucléotides d’une des deux chaînes de l’ADN. Une
seule chaîne de l’ADN est transcrite en ARNm. Dès qu’elle est formée, la chaîne d’ARNm se
détache de l’ADN qui se referme. L’ARMm quitte le noyau par les pores de la membrane
nucléaire. Dans le cytoplasme, quatre à cinq ribosomes vont se fixer sur l’ARNm pour
donner un polysome.
4
Il existe deux autre types d’ARN:
• l’ARN ribosomique
• l’ARN de transfert
L’ARN ribosomique est élaboré dans le noyau, selon le même mécanisme que
l’ARNm. Il passe ensuite dans le cytoplasme pour être concentré dans les ribosomes dont il
est l’élément constitutif essentiel. Chaque ribosome est formé de deux sous-unités
constituées chacunes d’ARN ribosomal et de protéines.
Les ARN de transfert sont élaborés comme les précédents au niveau du noyau mais
sont de plus petite taille. Leur molécule comporte une séquence de trois nucléotides qui
conditionne la nature de l’acide aminé transporté pour assurer la synthèse protéique.
Comme il existe vingt acides aminés (AA), Il existe vingt ARN de transfert car chacun est
spécifique d’un AA. Cette spécificité est donnée par le code formé par les trois nucléotides.
Ce groupement de trois nucléotides est appelé anticodon. Chaque anticodon est
complémentaire d’un codon de trois bases porté par l’ARNm.
La synthèse protéique comporte trois étapes essentielles:
2-1- L’initiation. La présence sur l’ARNm d’un codon initiateur détermine à son niveau la
réunion des deux sous-unités d’un ribosome qui jusque-là étaient séparées dans le
cytoplasme. Le ribosome lit le premier codon de l’ARNm et fixe un ARN de transfert
présentant l’anticodon complémentaire et portant un acide aminé.
5
2-2- L’élongation. Le ribosome se déplace le long de la chaîne. Il lit le codon suivant et fixe
l’ARN de transfert complémentaire. A chaque fois, l’acide aminé véhiculé est accroché au
précédent par une liaison peptidique pour former un chaîne polypeptidique tandis que son
ARN de transfert est libéré dans le cytoplasme pour aller fixer un acide aminé libre. La
lecture simultanée d’un même ARNm par plusieurs ribosomes (polysome) aboutit à la
formation de plusieurs chaînes polypeptidiques identiques.
2-3- La terminaison. Le passage du ribosome au niveau d’un codon-stop (UAA, UAG ou
UGA) entraîne la dissociation du complexe ARNm-ribosome-chaîne polypeptidique et donc
la fin de la synthèse. La chaîne polypeptidique acquiert sa conformation spatiale et ses
propriétés fonctionnelles dans le cytoplasme.
6
La lecture simultanée d’un même ARNm par plusieurs ribosomes (polysome)
aboutit à la formation de plusieurs chaînes polypeptidiques identiques,
7
IV- TRANSMISSION DES CARACTERES HEREDITAIRES
1- Définitions
Chaque caractère héréditaire est déterminé par un gène qui est un fragment d’ADN
plus ou moins long, composé de 900 à 3500 nucléotides. Pour chaque paire de
chromosomes, l’un est d’origine paternelle, l’autre d’origine maternelle. Un caractère
héréditaire donné est gouverné par deux gènes qui occupent la même place (locus) sur
chacun des chromosomes de la paire. Ces deux gènes sont dits allèles.
L’ensemble des gènes d’un individu constitue son génotype et les caractères que
déterminent ces gènes constituent le phénotype.
Si deux gènes allèles sont identiques, on dit que le sujet est homozygote pour le
caractère considéré. Si les deux gènes sont différents, le sujet est hétérozygote. Dans ce
dernier cas les gènes peuvent avoir une influence identique: ils sont codominants et les
caractères qu’ils transmettent correspondent au mélange ou à la juxtaposition des
caractères déterminés par chacun des deux gènes. Ces gènes peuvent avoir une influence
différente, l’un est dominant (il impose le caractère qu’il porte) et l’autre est récessif (il ne
traduit pas le caractère qu’il porte mais il pourra le transmettre à la génération suivante).
2- Exemple de la transmission des groupes sanguins ABO
Les groupes sanguins du système ABO sont commandés par trois allèles. Les allèles
A et B sont codominants. L’allèle O est récessif. La combinaison de ces trois allèles peut
donner:
• trois génotypes homozygotes: AA, BB et OO correspondant respectivement aux groupes
sanguins (phénotypes) A, B et O.
• trois génotypes hétérozygotes: AB, AO et BO correspondant respectivement aux groupes
sanguins (phénotypes) AB, A et B.
Les sujets de groupe O sont obligatoirement homozygotes puisque l’allèle O est
récessif. Les sujets AB sont obligatoirement hétérozygotes. Les sujets A et B sont soit
homozygotes (AA, BB) ou hétérozygotes (AO, BO).
3- Les maladies génétiques
Il existe deux grands cadres:
• Les maladies chromosomiques provoquées par des anomalies de nombre ou de forme de
certains chromosomes. La transmission à la descendance n’est pas obligatoire car la
méiose peut rétablir une structure chromosomique normale.
• Les maladies génétiques dues à l’altération d’un gène. Par exemple, la drépanocytose ou
anémie à cellules falciformes est une hémoglobinopathies due à l’altération du gène
codant pour la chaîne β de la globine. Une base est remplacée par une autre (une
adénine est remplacée par un uracile). Cette anomalie entraîne la substitution d’un acide
aminé par un autre (un acide glutamique est remplacée par une valine) au niveau de la
chaîne protéique de globine. Ces maladies se transmettent de façon dominante ou
récessive selon le gène atteint.
8
IV- APPLICATIONS MEDICALES DE LA GENETIQUE
1- Etablissement de la carte chromosomique chez l’homme
Diverses équipes de généticien ont entrepris dans le cadre d’une collaboration
internationale, de déchiffrer les trois milliards d’instructions qui composent le message
héréditaire de l’homme. Le but de cette cartographie du génome humain est le diagnostic
des maladies héréditaires puis la tentative de correction génétique de ces anomalies. C’est
un travail énorme car il existe entre 30 000 et 35 000 gènes différents chez l’homme. Ces
gènes qui codent les protéines et les enzymes de l’organisme humain ne constituent que 3 à
10 % de la totalité de l’ADN du génome. Le rôle du reste de l’ADN qui est non codant, n’est
pas encore compris à l’heure actuelle.
2- Diagnostic prénatal de certaines maladies génétiques
Le diagnostic prénatal doit toujours être le plus précoce possible. On réalise dans ce
but une ponction amniotique (ou amniocentèse) par voie transabdominale, vers la 8ème -10
ème
semaine de grossesse. Les cellules trophoblastiques desquamées sont mises en culture
et on étudie le matériel génétique de ces cellules. On peut faire ainsi le diagnostic de
trisomie 21, déterminer le sexe du foetus, détecter l’anomalie chromosomique responsable
de l’hémophilie. Dans ce dernier cas on peut proposer une interruption thérapeutique de
grossesse, mais uniquement si le foetus est de sexe mâle car l’hémophilie ne s’exprime
cliniquement que chez les garçons.
3- Manipulations génétiques
La technologie dans ce domaine a fait des progrès considérables durant ces
dernières années. On peut citer quelques applications:
• Clonage de mammifères par incorporation dans un ovocyte de gènes provenant du
mammifère à cloner.
• Choix du sexe de l’enfant à la conception
• Traitement de certaines formes de stérilité chez l’homme: fécondation in vitro par mise en
présence d’ovules et de spermatozoïdes ou encore micro-injection du matériel
chromosomique extrait d’un spermatozoïde dans un ovule, puis réimplantation de l’oeuf
ainsi obtenu dans l’utérus.
• Production de médicaments recombinants. Des gènes actifs ont pu être isolés et
introduits dans le génome de bactéries alors capables de synthétiser la protéine codée
par ce gène. Il existe des souches d’Escherichia Coli synthétisant de l’insuline ou de
l’hormone de croissance.
9
4- Recherche de paternité
La recherche en exclusion ou en probabilité de paternité repose sur deux principes:
• l’enfant ne peut pas être porteur d’un allèle qui n’existe ni chez la mère, ni chez le père
présumé
• lorsque le génotype des parents comporte un caractère à transmission obligatoire, l’enfant
doit en être porteur
Pour cette recherche on fait appel à la détermination des groupes sanguins, la
détermination des antigènes du système HLA, la détermination des groupes salivaire, la
recherche de séquences spécifiques d’ADN.
5- Thérapie génique
Près de 3500 maladies génétiques différentes ont été recensées. Certaines ne
concernent que quelques centaines d’individus dans le monde. D’autre au contraire, comme
l’hémophilie, les thalassémies, la drépanocytose, touchent des millions de personnes.
Certaines de ces maladies pourraient relever de la thérapie génique. Dans son principe, il
s’agirait de réparer un défaut génétique en introduisant une copie du gène normal dans
toutes les cellules qui composent l’organe où ce gène va s’exprimer.
10