La génétique humaine
Introduction
La génétique humaine est une branche de la génétique qui étudie la transmission des caractères héréditaires et surtout des maladies et des anomalies héréditaires chez l’espèce humaine.
Elle tend à la résolution de certains problèmes dont les plus fréquents sont :
- La limitation de la fréquence de certaines maladies géniques dans la population;
- La prédiction des naissances à risque dans certaines familles.
Cette étude présente un certain nombre de difficultés :
- La méthode des croisements dirigés est impossible (chez les êtres humains, on ne peut pas diriger à volonté les mariages).
- A chaque génération, le nombre des enfants est limité (il y a donc une faible fécondité ou fécondité restreinte). L’étude statistique est difficile.
- Chez les êtres humains, la durée des générations est longue. Donc le généticien ne peut pas suivre par lui-même plusieurs générations.
- La garniture chromosomique est complexe (nombre élevé de chromosomes : 46 chrs), ce qui ne facilite pas les recherches.
- Quels sont les moyens utilisés pour l’étude de l’hérédité humaine?
- Comment certaines maladies héréditaires se transmettent-elles au cours des générations ?
I – Les moyens utilisés pour l’étude de l’hérédité humaine
1 – Le pedigree ou arbre généalogique
C’est une représentation graphique de la généalogie ascendante ou descendante d’un individu. La généalogie peut être un outil pour comprendre l’origine d’une maladie génétique et savoir si des malades ont des liens de parenté et comprendre les transmissions. Un arbre généalogique est construit avec des symboles internationaux et normalisés afin de visualiser immédiatement par exemples les sujets atteints ou non.
2 – Les caryotypes
Le caryotype permet l’étude des chromosomes d’un individu afin de révéler d’éventuelles anomalies génétiques ( de nombre ou de structure des chromosomes)
3 – L’analyse d’ADN
Grâce à la technique de l’électrophorèse il est possible de repérer les allèles normaux et les allèles mutés chez un sujet et de préciser son génotype et son phénotype.
II – La transmission des maladies liées au sexe
1 – La transmission du daltonisme
Le daltonisme est une anomalie de la vision affectant la perception des couleurs. D’origine généralement génétique.
Mr « A » atteint par cette maladie, alors que sa mère et sa sœur ne sont pas atteintes. Son père et sa deuxième sœur sont daltoniens, cette dernière a 3 enfants; deux fils atteints et une fille non atteinte. Mr « A » a deux fils et deux filles qui ne sont pas atteints. La mère de Mr « A » a un frère daltonien, alors que ses grands parents maternels sont sains.
1- En se basant sur les données, réaliser le pedigree de cette famille.
2- A partir du pedigree, montrer est-ce que l’allèle responsable du daltonisme est dominant ou récessif.
3- Sachant que la maladie est lié au sexe, Préciser est ce que le gène de la maladie est situé sur le chromosome X ou Y.
4- Déduire les génotypes de Mr « A » , de sa femme et du mari de sa sœur atteinte.
5 – Donner la descendance théorique du mariage de la fille de Mr « A » avec un homme sain.
1 – Le pedigree :
2 – L’allèle responsable de la maladie est récessif (d) car les grands parents sont sains et ils ont une descendance malade.
3 – Dans le pedigree, on a une femme atteinte donc le géne ne peut être porté par le chromosome Y, alors il est porté par le chromosome X.
4 – les génotypes:
Mr « A »: XdY car il est atteint
Sa femme: XDXD ou XDXd, car elle est saine ayant une descendance saine mais le nombre est insuffisant pour affirmer.
Le mari de sa sœur: XDY, car il est sain
5 – Le mariage XDXd x XDY va donner
1/4XDXD + 1/4XDXd +1/4XDY + 1/4XdY
2 -La transmission de l’hémophilie
L’hémophilie est une maladie héréditaire qui se manifeste par une absence de la coagulation du sang. La moindre blessure peut provoquer une hémorragie chez un sujet hémophile.
L’arbre généalogique ci-dessous représente une famille dont certains membres sont atteints d’hémophilie.
1 – Déterminer, d’après l’arbre généalogique, si l’hémophilie dépend:
a- D’un allèle dominant ou récessif.
b – D’un gène gonosomique (= lié à un chromosome sexuel) ou autosomique (non sexuel)
2 – Indiquer les génotypes des personnes suivantes: I1 , I2 , II3 et II4
1 – a – L’hémophile dépend d’un allèle récessif. En effet, l’arbre généalogique montre des enfants malades de parents sains. Les parents n’exprimant pas la maladie portent l’allèle de celle-ci de façon cachée, c’est-à-dire sous la forme d’un allèle récessif, qu’ils transmettent chacun à leur enfant de génotype homozygote, qui dès lors exprime la maladie.
b – Le gène qui contrôle cette maladie est très probablement situé sur le chromosome sexuel.
Premièrement, on constate que sur tous les malades sont des hommes (c’est un très fort indice, mais pas une preuve en soit).
Et vu qu’on a des garçons atteints issus d’un père sain, le gène ne peut être lié à Y donc il est lié au chromosome X
3 – le génotypes:
I1 , XHXh car elle est saine ayant un enfant malade
I2 , XHY car il est sain
II3 , XhY car il est malade
II4 , XHXH ou XHXh car elle est saine et issue d’une mère hétérozygote
3 – La Transmission du rachitisme vitamino-résistant
Le rachitisme vitamino-résistant est une maladie héréditaire marquée par un défaut de minéralisation du tissu osseux, qui affecte la rigidité du squelette.
Le document 1 représente l’arbre généalogique d’une famille dont certains individus sont atteints de ce cette maladie. Le document 4 montre les résultats de l’électrophorèse de fragments d’ADN correspondant au gène responsable de la maladie , chez certains individus de cette famille.
1 – En exploitant les documents 1 et 2, montrer, si la maladie dépend :
- a – D’un allèle dominant ou récessif.
- b – D’un gène autosomique ou lié au sexe
2 – Indiquer le génotype des personnes suivantes: I1 , I2 et II3
3 – Déterminer la probabilité pour que l’individu III2 soit atteint de cette maladie.
1 – a – Le document 2 montre que l’individu I2 est hétérozygote, car il possède les deux allèles A1 et A2, et puisqu’il est atteint ‘document 1) , donc l’allèle responsable de la maladie est dominant.
b – L’ allèle ne peut être porter par un autosome car l’individu II3 est atteint et doit hériter un allèle normal de son père et un allèle responsable de la maladie de sa mère, or le document 2 montre qu’il ne possède que l’allèle A2 responsable de la maladie.
L’allèle ne peut être porter par le chromosome Y puisqu’on a une femme atteinte.
Donc l’allèle est porté par le chromosome X.
2 – Les génotypes:
I1 , XrY – I2 , XRXr – II3 , XRY
3 – Le fœtus possède les deux allèles, or l’allèle A2 responsable de la maladie est dominant, donc le fœtus sera une fille atteinte.
4 – La transmission de l’hypertrichose auriculaire
C’est une hyperpilosité, c’est à dire l’apparition d’une pilosité anormalement abondante sur les oreilles.
L’arbre généalogique ci-dessous représente une famille dont certains membres portent ce caractére.
1 – Montrer que le gène responsable de cette anomalie est porté par le chromosome Y.
2 – Indiquer le génotype des individus porteurs de cette anomalie.
1 – On observe que l’hypertrichose des oreilles ne s’exprime que chez les mâles et est toujours transmis de père en fils, ce caractère est donc déterminée par un allèle porté par le chromosome Y.
2 – On note H l’allèle responsable de l’anomalie.
les individus atteints de cette anomalie ont pour génotype : XYH
III – La Transmission des maladies autosomales
1 – La Transmission de l’albinisme
L’albinisme est une anomalie génétique et héréditaire qui affecte la pigmentation et se caractérise par un déficit de production de mélanine. Le document suivant montre l’arbre généalogique d’une famille touchée par l’albinisme.
1 – En exploitant le document, montrer si la maladie dépend:
- a- D’un allèle dominant ou récessif.
- b- D’un gène autosomique ou lié au sexe
2 – Indiquer le génotype des personnes 6 , 10 et 11 (utiliser les symboles M et m)
3 – Déterminer la probabilité pour que l’individu IV13 soit atteint de cette maladie, sachant que la femme III9 a un père albinos et l’homme III10 est hétérozygote.
1 – a – L’albinisme dépend d’un allèle récessif. En effet, l’arbre généalogique montre des enfants malades de parents sains.
b – L’ allèle ne peut être porter par le chromosome Y car on a une femme (11) atteinte. Il ne peut être aussi porter par X car si il l’était la femme 11 doit hériter l’allèle responsable de la maladie de son père qui doit être malade, et vue qu’il est sain, l’allèle est porté par un autosome.
2 – les génotypes des individus: 6: Mm car l’individu est sain et a une descendance malade
10 : MM ou Mm car l’individu est sain issu de parents hétérozygotes et n’a pas de descendance
11: mm car l’individu est malade
3 – III9 x III10
Génotypes Mm Mm
Gamètes 1/2M 1/2m 1/2M 1/2m
la probabilité pour que l’individu IV13 soit atteint de cette maladie est 1/4 ( 25%)
2- La Transmission de la Chorée de Huntington
La chorée de Huntington est une maladie fréquente dans certaines régions du monde. Elle se manifeste vers l’âge de 40 ans avec des troubles du contrôle des gestes à cause de la dégénérescence de certains neurones.
Le document suivant montre l’arbre généalogique de Monsieur Y (n° 21), 25 ans.
1 – Montrer si l’allèle responsable de cette maladie est dominant ou récessif.
2 – Montrer s’il est situé sur le chromosome X.
3 – M. Y (n°21) souhaite savoir s’il risque de développer cette maladie. Si oui, calculer les risques (en %).
1 – Il est très probablement dominant. En effet, tous les enfants malades ont au moins un de leur parent malade. Si la
maladie était (autosomique) récessive, le parent sain devrait être hétérozygote pour que les enfants soient malades.
2 – Non, il est situé sur un autosome. S’il était (dominant et) situé sur le chromosome X, alors les pères malades (XMY→ malade) transmettraient automatiquement la maladie à toutes leurs filles, en leur donnant son unique chromosome X (et ce quelque soit les allèles de la mère : XMX ? → malade). Or ce n’est pas le cas du père n°6 et sa fille n°13.
(Accessoirement, s’il était récessif et situé sur le chromosome X, tous les fils d’une mère malade seraient eux-mêmes malades. Ce qui n’est pas le cas du n°7 par exemple.)
3 – On fait le tableau 16 (nn) x 17 (nM), et on constate que 50% des enfants possible seront (nM) malades. M. « Y » a donc 1 chance sur 2 de développer la maladie d’ici 15 ans. On peut lui conseiller de faire un dépistage génétique.
IV -Les anomalies chromosomiques
Les anomalies chromosomiques regroupent toutes les anomalies de nombre ou de structure d’un (ou plusieurs) chromosome(s) dans un génome, souvent responsables des difficultés cognitives, des malformations congénitales ou d’avortement précoce.
Le diagnostic des anomalies chromosomiques repose sur l’analyse comparée des caryotypes des cellules humaines.
1 – Les anomalies de nombre
1 – 1 – Les anomalies autosomiques
Le syndrome de Down, est une anomalie chromosomique congénitale. Ses signes cliniques sont très nets, un retard cognitif est observé, associé à des modifications morphologiques particulières. La première étude clinique d’envergure sur la maladie est publiée en 1866 par le médecin britannique, John Langdon Down.
Le document suivant montre le caryotype d’un individu atteint par cette maladie.
1 – En exploitant le document, déduire la formule chromosomique de cet individu.
2 – Proposer une explication à cette anomalie.
3 – Réaliser un schéma explicatif de l’apparition de l’anomalie.
1 – On observe que le caryotype du malade révèle la présence de trois exemplaires du chromosome 21, on parle d’une trisomie 21 .
Sa formule chromosomique est donc : 2n+1 = 45A+XY
2 – On peut expliquer cette anomalie par 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 (anaphase I) ou bien lors de la division équationnelle (anaphase II). Ainsi se forment des gamètes possédant 2 chromosomes 21. La fécondation d’un gamète anormal par un gamète normal entraîne la formation d’un œuf ayant 3 chromosomes 21.
3 –
1 – 2 – Les anomalies des chromosomes sexuels
a – Syndrome de Turner
Le syndrome de Turner est une maladie rare d’origine génétique, touchant exclusivement les femmes, et se caractérise par les signes suivants :
Petite taille , absence de caractères sexuels secondaires et stérilité.
De façon plus variable d’autres manifestations, telles que des anomalies du cœur et des reins, ainsi que des particularités au niveau du visage et des membres, peuvent être présentes. Le médecin américain Henry Turner a été le premier à identifier le syndrome en 1938.
Le document suivant montre le caryotype d’un individu atteint par cette maladie.
1 – En exploitant le document, déduire la formule chromosomique de cet individu.
1 – On observe que le caryotype du malade révèle la présence d’un seul chromosome sexuel X, on parle d’une monosomie. Sa formule chromosomique est donc : 2n-1 = 44A+X ou 2n-1 = 22AA+X
b – Syndrome de Klinefelter
C’est une maladie qui affecte les hommes, et se caractérise par la stérilité à cause de l’atrophie des gonades et l’incapacité de produire des gamètes. On observe aussi un faible développement de la pilosité et des facultés intellectuelles. Le syndrome est décrit pour la première fois en 1942 par Harry F. Klinefelter.
Le document 1 montre le caryotype d’un individu atteint par cette maladie.
Les document 2 et 3 montre les caryotypes de deux autres individus.
1 – En exploitant le document 1, déduire la formule chromosomique de cet individu.
2 – A partir des documents 2 et 3, déduire les anomalies des deux individus.
3 – Réaliser un schéma explicatif de l’apparition de ces anomalies.
1 – On observe que le caryotype du malade révèle la présence d’un trois chromosomes sexuels XXY. Sa formule chromosomique: 2n+1 = 44A+XXY ou 2n+1 = 22AA+XXY
2 – Document 2: Il s’agit d’une trisomie des chromosomes sexuels XXX. Sa formule chromosomique: 2n+1 = 44A+XXX ou 2n+1 = 22AA+XXX.
Document 2: Il s’agit d’une trisomie des chromosomes sexuels XYY. Sa formule chromosomique: 2n+1 = 44A+XYY ou 2n+1 = 22AA+XYY
3-
2 – Les anomalies de structure
Sont des remaniements chromosomiques qui impliquent une ou plusieurs cassures chromosomiques suivies d’un recollement anormal.
a – Maladie de cri de chat
La maladie du cri du chat, ou syndrome de Lejeune est un trouble génétique rare chez l’être humain. Le nom de cette maladie vient du cri monochromatique aigu qui permet le diagnostic de cette maladie. La plupart des décès prématurés ont lieu durant la petite enfance, les survivants ont habituellement un profond retard mental. Jérôme Lejeune est le médecin français ayant décrit cette affection en 1963. Le document suivant montre le caryotype d’un individu atteint par cette maladie.
1 – En exploitant le document, déduire l’origine de l’anomalie.
1 – On observe une délétion d’une partie du chromosome 5. La perte d’un fragment du chromosome est accompagnée de perte d’un certain nombre de gènes et donc cet individu aura un phénotype anormal.
b – Translocations équilibrées
Le document suivant montre le caryotype d’un individu de phenotype normal.
1 – En exploitant le document, déduire l’anomalie.
2 – Interpréter le phénotype normal de cet individu.
3 – Réaliser un schéma montrant les différents types de gamètes produits par cet individu et les conséquences sur sa descendance.
1 – On observe la fusion de l’un des exemplaires du chromosome 21 avec le chromosome 14; on parle d’une translocation.
2 – L’individu a un phénotype normal car il s’agit d’une translocation équilibrée ( il n’y a ni perte ni gain de matériel génétique).
3 –
V – Diagnostic prénatal des maladies génétiques:
Dans les cas des grossesses à risques, il est aujourd’hui possible de réaliser un examen médical avant la naissance de l’enfant dans le but de détecter d’éventuelles anomalies chromosomiques ou géniques : c’est le diagnostic prénatal. Grâce au développement de techniques fiables de diagnostic prénatal, il est actuellement possible de transformer une probabilité, le risque en une certitude : l’enfant est normal ou atteint.
Le diagnostic repose sur les étapes suivantes :
– L’échographie : est une technique d’imagerie 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, le diamètre de son abdomen, la clarté nucale… Elle permet également de mettre en évidence certaines malformations concernant la morphologie du fœtus ou quelques-uns de ses organes.
– Le prélèvement le plus tôt possible des tissus embryonnaires par des techniques variées :
- L’amniocentèse : prélèvement de liquide amniotique ( à partir de la 15 ème semaine de grossesse ) ;
- La cordocentèse : prélèvement du sang fœtal dans le cordon ombilical ( à partir de la 17 ème semaine de grossesse ) ;
- La choriocentèse : prélèvement des villosités choriales (parties du placenta, formées par les cellules du fœtus) dès la 8 ème semaine de grossesse ;
– La détection de l’anomalie héréditaire: à travers des recherches variées :
- L’établissement d’un caryotype de la cellule fœtale : pour la détection des aberrations chromosomiques ;
- La recherche des substances typiques d’un trouble du métabolisme pour la détection des anomalies du métabolisme ;
- Les examens biochimiques (électrophorèse) et des sondages de la molécule d’ADN pour la détection des anomalies génétiques.
