Grand oral du bac : Gènes, chromosomes et hérédité

« Avant Mendel, l'idée dominante qu'on se faisait de l'hérédité est une hérédité par mélange, des " gemmules » se formant dans l'organisme, migrant dans les cellules sexuelles et se mélangeant dans l'œuf.

Cela permettait, pensait-on, de comprendre les ressemblances plus ou moins nettes avec les parents.

Mais avec Mendel naît une nouvelle vision de l'hérédité qui sera consolidée avec la naissance de la théorie chromosomique de l'hérédité, théorie que la génétique moderne viendra confirmer.

LA THÉORIE CHROMOSOMIQUE DE L'HÉRÉDITÉ Sur les traces de Hugo de Vries, le généticien américain Thomtls Hunt Morgtln se met à chercher des , mutations de plus grande ampleur.

Pour cela, il choisit de croiser des mouches du vinaigre (les drosophiles) en raison de leur petite taille (pour gagner ••�• de la place dans le laboratoire), de leur nombre de chromosomes (elles n'en possèdent que quatre paires), de leur rapidité de reproduction (30 générations peuvent en effet être observées en un an) et enfin de la facilité de reconnaissance entre le mâle et la femelle.

La première mutation qu'il observe est une mouche mâle présentant des yeux blancs, au lieu d'yeux normalement rouges.

Il remarque alors que ce caractère n'est présenté que par les mâles, ce qui le conduit à penser que le fadeur déterminant ce caractère est porté par le chromosome sexuel.

Ainsi, un fadeur génétique, le gène, est pour la première fois expérimentalement assigné à un chromosome défini.

D'expériences en expériences, Morgan et son équipe localisent de plus en plus de gènes sur les chromosomes sexuels puis sur les autres chromosomes, dressant ainsi des cartes chromosomiques des fadeurs héréditaires.

De ces recherches est née la théorie chromosomique de l'hérédité.

Elle affirme que les gènes sont des éléments matériels portés par les chromosomes au sein du noyau.

En d'autres termes, les chromosomes sont porteurs du message héréditaire.

En 1933, Morgan reçoit le prix Nobel de médecine.

LA GÉNÉTIQUE HUMAINE En 1943, une nouvelle avancée scientifique voit le jour grâce à Oswald Avery, Colin Mcleod, et Mclyn McCarthy.

Ils démontrent en effet que c'est bien l'ADN qui transporte les informations génétiques contenues dans la cellule.

La découverte, en 1953, de sa structure en double hélice, par Frt1nds Crick et /times Wtltson permet de comprendre comment l'ADN stocke et transmet l'information génétique.

Trente ans plus tard, le généticien américain James Gusella met quant à lui au point une technique afin de repérer l'un des gènes responsable de la maladie de Huntington.

Cette découverte lancera les premiers marqueurs génétiques permettant le dépistage d'anomalies.

Le mécanisme de base qui sous-tend la « révolution génétique » peut être résumé schématiquement comme suit : • les cellules des êtres vivants contiennent un programme d'instructions (le génome) leur permettant de se maintenir en vie ou de se reproduire.

• Les instructions de ce programme (les gènes) sont codées sous une forme chimique le long de molécules géantes, les molécules d'ADN, dont les chromosomes sont constitués.

• Le génome correspond à la totalité des gènes d'un organisme.

• Les caractères transmis à la descendance par des parents ou des ancêtres plus éloignés sont inscrits dans les gènes et portês par les chromosomes sous forme de messages codés.

L'information génétique détenue par l'ADN est transmise à un brin d'ARN, I'ARN messager « dictant» ainsi la synthèse des protéines que les cellules effectuent au cours de leur vie.

On connaît à ce jour environ 10 000 à 12 000 gènes.

Les estimations les plus récentes donnent un nombre total de gènes humains compris entre 30 000 et 35 000, soit un nombre bien inférieur aux estimations antérieures.

Au début des années 1990, le programme Génome humain, dont l'objectif est de nommer et de localiser ces gènes répartis sur les 23 paires de chromosomes présents chez l'homme, est lancé.

La première étape consiste à donner la position de chaque gène (cartographie physique) puis à établir la carte chromosomique des maladies héréditaires (cartographie génétique).

Les dernières étapes de ces travaux furent le séquençage, en l'an 2000, des chromosomes 21 et 22, puis en 2003, du chromosome 14, le plus grand chromosome humain.

Aujourd'hui, l'enchaînement des trois milliards de « lettres » qui constituent la séquence du génome humain est désormais connu avec précision.

Cette entreprise, l'une des plus ambitieuses depuis la conquête de l'espace, devrait avoir d'importantes retombées médicales.

Pourtant, les études sur ces transmissions sont beaucoup plus difficiles à réaliser chez l'homme que sur les pois utilisés par le botaniste autrichien.

Les généticiens ne peuvent contrôler les croisements entre différents génotypes humains et doivent donc utiliser les résultats fournis à la suite d'enquêtes épidémiologiques.

C'est pour ces raisons que la génétique humaine se concentre sur un objectif principal : la recherche de gènes responsables des maladies héréditaires.

Alors qu'on n'en connaissait moins d'une centaine en 1990, plus de 1 400 sont aujourd'hui identifiés.

Dans l'avenir, ce sont aussi les gènes de susceptibilité aux maladies communes telles que le diabète ou les maladies cardia-vasculaires qui pourraient être peu à peu dévoilés.

LES MALADIES GÉNÉTIQUES Le défaut de fonctionnement d'un gène engendre les maladies génétiques.

La maladie est récessive si son expression nécessite une mutation sur les deux allèles du gène mis en cause ; elle est dominante si un seul allèle muté suffit pour provoquer la maladie.

Elle est gonosomique (ou gonosomale) si le gène est situé sur la paire de chromosomes sexuels.

Elle est autosomique (ou autosomale) lorsque le gène est situé sur une paire de chromosomes homologues.

Elle se transmet alors selon les lois de Mendel.

Quelques exemples • L'hémophilie.

Cette maladie génétique, liée au chromosome X, est due à un dysfonctionnement dans l'un des fadeurs de coagulation.

L'atteinte du gène du fadeur VIII correspond à l'hémophilie A ; l'atteinte du gène du fadeur IX à l'hémophilie B.

Les mutations de ces gènes déterminent soit une absence totale du fadeur dans le sang (hémophilie sévère) soit un déficit partiel (hémophilie modérée ou mineure).

Les femmes sont conductrices de la maladie et peuvent transmettre la mutation à leurs enfants mais elles n'ont habituellement pas de manifestations hémorragiques.

Les hémorragies des hémophiles se localisent le plus souvent dans les articulations et dans les muscles (hématomes) mais, à l'occasion d'un traumatisme, toutes les localisations sont possibles.

Au cours de ces accidents, la perte de sang n'est pas plus rapide mais elle est prolongée et parfois infinie.

Les femmes sont très rarement atteintes par cette maladie.

Elle touche en revanche 1 garçon sur 10 000.

• L'anémie falciforme.

La drépanocytose est une maladie autosomique récessive (un individu n'en sera atteint que si ses deux parents lui transmettent le gène).

Elle est due à une mutation unique, ponctuelle, du gène B globine situé sur le chromosome 11.

Ses symptômes apparaissent vers l'âge de 6 mois et se manifestent sous la forme de gonflement de l'abdomen et du cœur ainsi que des pieds et des mains.

La puberté du sujet est retardée et il risque de subir des infections et des ulcères de la jambe.

Cette maladie touche environ un nouveau-né sur 6 000 et se caractérise par l'altération de l'hémoglobine (protéine permettant le transport de l'oxygène dans le sang).

• La mucoviscidose.

C'est la plus fréquente de toutes les maladies génétiques.

Elle fait donc l'objet de nombreuses recherches.

Elle atteint un nouveau-né sur 3 000 en France.

C'est une pathologie généralisée à toutes les glandes endocrines (à sécrétion interne, séreuses et muqueuses) et dont les symptômes sont divers.

Les appareils respiratoire et digestif, mais aussi les glandes sudoripares, sont les principaux organes touchés.

Le gène responsable est localisé sur le chromosome 7.

La transmission s'effectue selon un mode autosomique récessif.

Les deux sexes sont atteints de façon égale.

• La myopathie de Duchenne.

C'est une des formes de dystrophies (anomalie du développement ev ou dégénérescence) HÉRÉDITÉ DES GROUPES SANGUINS Les groupes sanguins sont génétiquement déterminês par trois allèles différents : l'allèle A, l'allèle B et l'allèle O.

Les allèles A et B sont dominants par rapport à 0 et codominants entre eux.

Comme chaque individu possède un couple d'allèles, quatre groupes sanguins peuvent être créês :A, B, AB et O.

Le groupe 0 est donneur universel : il est compatible avec tous les autres groupes mais ne peut recevoir que du sang O.

Le groupe AB peut recevoir A, musculaires progressives à transmission récessive.

Elles sont dues à des anomalies moléculaires du gène de la dystrophine présent sur le chromosome X.

Dans la dystrophie musculaire de Duchenne, l'affaiblissement de la ceinture pelvienne apparaît dans la petite enfance (dès 2-3 ans).

Le torse est rejeté en arrière, la marche devient de plus en plus difficile, puis impossible entre 10 et 13 ans.

L'évolution se fait vers une aggravation et une généralisation de l'atteinte musculaire, y compris des muscles cardiaques.

À partir de l'adolescence, l'assistance respiratoire devient nécessaire.

Elle touche un garçon sur 3 500.

Les femmes n'en sont pas atteintes mais peuvent la transmettre.

• La maladie de Huntington.

La chorée de Huntington est une maladie héréditaire neurodégénérative (elle s'attaque au système nerveux et se développe progressivement).

Les premiers signes apparaissent entre 35 et 50 ans et se caractérisent par des mouvements involontaires, rapides et saccadés.

Parallèlement à l'évolution progressive des troubles moteurs qui entraînent des chutes, des troubles de l'articulation et de la déglutition, une démence s'installe.

La maladie a une durée moyenne de 17 ans et son issue est fatale.

Le gène responsable de cette maladie est situé sur le chromosome 4.

Elle touche moins d'1 personne sur 5 ooo en France et se transmet selon le mode autosomique dominant.

LES ANOMALIES CHROMOSOMIQUES On parle de maladies chromosomiques soit lorsqu'un chromosome supplémentaire se trouve sur une des paires (trisomie) soit lorsqu'un chromosome est absent sur une des paires (monosomie) : cette anomalie survient au moment de la méiose.

Quelques exemples • La trisomie 21 ou syndrome de Down est l'anomalie chromosomique la plus fréquente {1/750 naissances).

Elle se manifeste par un déficit intellectuel et par des modifications morphologiques particulières.

Elle est due à la présence d'un chromosome 21 supplémentaire.

Le plus souvent, il s'agit d'un accident lors de la méiose.

Dans quelques cas, des formes familiales sont observées, liées à une « translocation » (un assemblage) B, AB et 0, c'est le receveur universel.

Les groupes A et B sont incompatibles.

Le fadeur Rhésus Le facteur Rhésus est une substance antigénique prêsente dans le sang qui détermine par sa présence ou son absence les individus à Rhésus négatif (Rh-) ou positif (Rh+).

Il est génétiquement déterminé par deux allèles.

L'allèle Rh-est récessif par rapport à l'allèle Rh+.

En France, 85 % de la population est Rh+.

d'un chromosome 21 avec un autre chromosome (le plus souvent 13, 14 ou 15}.

Des cardiopathies sont associées dans un pourcentage important de cas.

La fréquence de survenue de l'anomalie augmente avec l'âge maternel.

• Le syndrome de Turner.

Il est lié à l'absence d'un chromosome X en totalité ou en partie.

Dans 30 % des cas environ, il existe deux chromosomes X mais l'un des deux est altéré.

Cela engendre une stérilité de l'Individu.

La prévalence du syndrome de Turner est estimée à 1/2 500 nouveau-nés de sexe féminin.

• La maladie de Klinefelter.

Elle regroupe un ensemble d'anomalies chromosomiques caractérisées par la présence d'au moins un chromosome X supplémentaire dans un caryotype masculi n.

Le plus souvent l'individu atteint possède 47 chromosomes au lieu de 46 avec XXV.

C'est une des anomalies des chromosomes sexuels la plus fréquente avec une prévalence de 1/600 à 1/700 nouveau-nés de sexe masculin.

La fréquence augmente avec l'âge maternel.

• La ma ladie Tripla X se caractérise par la stérilité de la femme qui possède 3 chromosomes X au lieu de 2.

LES PROMESSES DE LA GÉNÉTIQUE Le génome humain dont le séquençage mobilise les équipes de scientifiques du monde entier est porteur d'espoir.

À terme, l'Isolement d'un gène permettra de mieux comprendre le déroulement d'u ne maladie mais égal eme nt de mettre en place un examen de dépistage prénatal.

Aujourd'hui, un simple test sanguin peut par exemple dépister les porteurs du gène de Huntington.

Cependant, pour la plupart des 3 000 maladies génétiques humaines répertoriées, le gène responsable de la maladie n'a pas encore été localisé.

La thérapie génique a pour but de guérir une maladie génétique en réparant le gène abîmé qui en est la cause.

li s'agit d'en introduire une copie normale dans les cellules qui portent sa version abîmée.

Les cellules pourront alors de nouveau fabriquer la protéine qui leur manquait.

Les difficultés de mise au point ont toutefois freiné considérablement sa mise en pratique.

Plusieurs essais pré­ cliniques (en laboratoire) et cliniques ont déjà été réalisés, en particulier aux États-Unis.

Mais de nombreux obstacles d'ordre scientifique doivent encore être levés.

Deux problèmes notamment se posent : celui de la nature du vecteur susceptible de porter le « transgène » vers la « cellule-cible » d'une part, celui de l'innocuité de l'éventuel traitement d'autre part.

La recherche en est dans ce domaine encore à ses débuts.. »