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UNIVERSITE Flix Houphouet BOIGNY UFR BIOSCIENCES COCODY-ABIDJAN LABORATOIRE DE GENETIQUE
COURS MAGISTRAUX M1 DE GENETIQUE
UNITE DENSEIGNEMENT GENE 2113
Master 1 DE GENETIQUE
Gntique Humaine
Responsable de lUE (Unit dEnseignement) : Dr COULIBALY Foungotin Hamidou Expert auprs des Tribunaux (Test dADN, Gntique)
Spcialits : Gntique Humaine Biologie de la Procration
Cytogntique
Spermiologie
Essais Cliniques
Site web : www.crieafrique.net
E-mail : [email protected]
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GENETIQUE HUMAINE
Les lois de la transmission hrditaires des caractres chez lhomme sont celles des espces diplodes reproduction sexue biparentale. Cependant si ces lois sont universelles, la
gntique de lespce humaine se distingue par plusieurs particularits.
a) Alors que le gnticien exprimentateur peut mutagniser, entretenir des lignes et planifier
des croisements, le gnticien humain se contente des mutations spontanes et observe la
transmission des caractres dans les familles et les populations ou le libre arbitre prside aux
mariages et la procration.
b) Beaucoup d'espces modles des gnticiens ont une fcondit inpuisable ou, si ce n'est
pas le cas, les plans de croisement autorisent regrouper directement les descendances de
plusieurs couples. En revanche, les fratries humaines sont souvent de petite ou trs petite taille
et le mode de recrutement des familles nautorise pas effectuer un regroupement automatique des enfants. En contrepartie, plusieurs gnrations sont souvent observables.
c) Le problme central de la gntique humaine est celui des maladies gntiques. On connait
bien sr des mutants pathologiques dans les espces modles qui offrent des opportunits
danalyse largement exploites, et 1'on ne s'est certes pas limit au rpertoire des mutations morbides chez l'homme; il n'en reste pas moins que la gntique humaine reste avant tout
mdicale. L'une des caractristiques des maladies gntiques est que, si elles sont fort
nombreuses, chacune prise isolement est une raret, ce qui conduit ne les observer que dans
des familles particulires.
L'approche prsente dans ce cours est celle de la gntique formelle humaine et de ses
particularits. Son but est de formaliser le phnomne hrditaire, c'est--dire de construire un
modle permettant d'expliquer le lien reliant les caractres des descendants ceux de leurs
parents en prenant en compte le nombre et les modalits de transmission des facteurs sous-
jacents responsables de ces caractres et leurs modalits d'expression. Dans la plupart des
espces modles, cette approche est ralise en superposant les proportions observes pour les
caractres des proportions statistiques simples, attendues des lois de Mendel et de la thorie
chromosomique de l'hrdit. Chez l'homme, les raisonnements gntiques sont videmment
fonds sur les mmes modles, mais adapts l'analyse de la transmission des caractres dans
les familles comportant peu d'individus mais plusieurs gnrations, le plus souvent en traant
des arbres gnalogiques, aussi appels pedigrees (mot anglais driv du franais pied de
grue, allusion au diagramme ramifi qui voque son origine).
Apres avoir rappel les grandes lignes des lois de Mendel et des proportions classiques des
diffrents modes hrditaires ainsi que le vocabulaire de la gntique et les rgles de la
nomenclature chez l'homme, on va s'intresser donc aux modes hrditaires des maladies
gntiques, tels que l'on peut les infrer de l'analyse des pedigrees. Une analyse de la
transmission suivra, ayant pour but de confirmer le mode hrditaire et dont l'une des
difficults statistiques tient au mode de recrutement des familles.
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En rsum, ltude de la gntique humaine est difficile pour les diffrentes raisons suivantes:
On ne peut imposer un accouplement pour tudier la transmission dun caractre ;
La dure dune gnration est longue, le nombre de descendants dune mme famille est faible. Il faut alors raliser un arbre gnalogique et suivre le caractre envisag sur
plusieurs gnrations ;
Les tudes statistiques portent sur plusieurs familles regroupes, de mmes caractristiques ;
Les gnes sont trs nombreux.
La dmarche suivre :
Etablir le mode de transmission du gne partir des donnes fournies par larbre gnalogique
Dterminer le rapport entre les allles : dominant, rcessif, codominant
Dterminer la localisation du gne.
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I) HEREDITE HUMAINE
Bien que l'tude de l'hrdit qui traite des humains soit plus fastidieuse que celles des plantes
ou des animaux, des mthodes permettent d'analyser la descendance des familles. Deux
mthodes sont employes, les biotechniques et les pedigrees. Les pedigrees sont surtout
utiliss pour tudier les maladies ou anomalies hrditaires d'une famille. On peut de nos
jours, l'aide des biotechniques savoir si l'on est porteur d'un gne dfectueux.
L'hrdit humaine peut se diviser en trois grandes parties :
Hrdit relie aux gnes ou aux super-gnes autosomiques:
Couleur des yeux, taille, intelligence,
Hrdit relie au chromosome sexuel :
Hmophilie, daltonisme,
Hrdit des mutations de chromosomes (aberrations chromosomiques) :
Mongolisme, bec de livre,
Hrdit relie aux chromosomes sexuels
Schmatiquement, les chromosomes sexuels peuvent tre subdiviss en rgions d'appariement
(homologue) et diffrentiel. Les rgions d'appariement des chromosomes X et Y sont
considrs comme homologues. Les rgions diffrentielles portent des gnes qui n'ont pas
d'quivalent sur l'autre type de chromosome sexuel. Les gnes dans la rgion diffrentielle du
X prsentent un schma hrditaire appel liaison l'X; ceux de la rgion diffrentielle de l'Y
prsentent une liaison l'Y. Les gnes dans la rgion d'appariement prsentent ce qu'on
pourrait appeler une liaison l'X et l'Y. Outre le rle qu'ils jouent dans la dtermination du
sexe, les chromosomes sexuels, et en particulier les chromosomes X, portent les gnes de
nombreux caractres totalement indpendants du sexe. Chez l'humain, le terme li au sexe
dsigne habituellement des caractres ports par le chromosome X. Le pre transmet les
allles lis au chromosome X ses filles mais aucun ses fils alors que la mre peut
transmettre les allles lis au sexe aussi bien ses filles qu' ses fils.
Hrdit reli l'Y
Lorsqu'un caractre est situ sur le chromosome Y et qu'il n'a pas d'homologue sur le
chromosome X, ce caractre ne peut apparatre que chez le mle, ce caractre est dit
holandrique. Un tel caractre ne peut se transmettre que de pre en fils.
Exemple : hypertrichose des oreilles, Homme porc-pic
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Hrdit relie l'X
Un caractre hrditaire peut tre reli aux chromosomes X et ne pas avoir d'homologue sur le
chromosome Y. Dans un tel cas, une femelle a deux chromosomes portant le caractre et un
mle n'a qu'un chromosome portant le caractre. Un tel caractre peut tre dominant ou
rcessif. S'il est rcessif, il sera plus frquent chez les mles que chez les femelles. En effet,
les femelles doivent recevoir deux allles rcessifs pour avoir la maladie hrditaire alors que
le mle ne doit recevoir qu'un allle de la mre portant le caractre rcessif.
Exemple : hmophilie, daltonisme et myopathie de Duchenne
Hrdit relie X et Y
Peu d'informations sont connues sur les caractres hrditaires se retrouvant dans cette rgion.
C'est la seule partie commune au X et au Y o il peut avoir des allles pour les caractres se
retrouvant cet endroit.
Hrdit relie aux gnes ou aux super-gnes autosomiques
Hrdit relie aux autosomes
Les gnes autosomiques sont situs sur les 22 paires de chromosomes communs aux deux
sexes. Ils sont trs nombreux, plusieurs centaines de mille : couleur des yeux, forme des
cheveux, groupes sanguins... Quelques-uns de ces gnes portent des dfauts hrditaires
comme l'albinisme, la brachydactylie
Hrdit reli aux super-gnes
Lorsqu'un caractre hrditaire n'est pas li un seul gne, mais plusieurs, c'est une hrdit
que l'on pourrait souvent qualifier de cumulative. Plus il y a de gnes favorisant le caractre
considr, plus ce caractre est accentu. Dans de tels cas nous ne pouvons parler de
dominance ou rcessivit, mais plutt de tendance. Cette hrdit rgit plusieurs caractres
connus et elle est en troite relation avec les conditions du milieu. Parmi ces caractres, on
retrouve la taille, l'intelligence, la mmoire,
I.1) Nomenclature, vocabulaire et analyse des arbres
gnalogiques
Les lois originellement dcrites par Mendel sont la consquence de la rpartition quitable, ou
disjonction rgulire, du matriel chromosomique dans les gamtes au cours de la miose, et
donc des copies d'un gne portes par les chromosomes homologues et de l'union de deux
gamtes rduits qui lui fait suite, au cours de laquelle se reconstitue l'quipement diplode du
matriel gntique. Le dimorphisme frquent des chromosomes sexuels, leur comportement
particulier au cours de la miose et la dissymtrie des gnes qu'ils portent ne font que
confirmer la rgle, mais conduisent distinguer les modes hrditaires autosomiques et les
modes lis au sexe. Ces observations empiriques ont constitue le fondement de la thorie
chromosomique de l'hrdit.
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La rgle de base est trs simple: tout individu qui porte la mme information sur ses deux
chromosomes produit un seul type de gamtes, tandis que tout individu portant sur les deux
chromosomes homologues une information diffrente produit des gamtes de deux types, en
quantit gale. L'union des gamtes des deux parents produit des proportions de zygotes
conformment des distributions statistiques simples. Dans ce cours consacr l'homme, les
lois fondamentales de la gntique des organismes diplodes sont supposes connues. Dans ce
qui suit, on se limite rappeler la dfinition de quelques termes, le symbolisme en vigueur et
les proportions classiques de l'hrdit monognique.
I.1.1) Vocabulaire gntique
L'unit hrditaire d'information est appele le gne. II occupe sur le chromosome un
emplacement particulier, qui est son locus. Locus dsigne aussi l'emplacement d'un groupe de
gnes apparents adjacents sur les chromosomes, d'une squence non codante, d'un marqueur
ou l'un des divers sites que peut occuper une squence mobile. En outre, le terme locus est
souvent utilise comme synonyme de gne.
L'unit d'information peut exister sous deux ou plusieurs tats appels tats alllomorphes,
formes allliques ou simplement allles. Les individus qui portent sur les deux chromosomes
homologues la mme information, le mme allle, sont qualifies d'homozygotes. Les
individus portant deux informations diffrentes, deux allles diffrents, un sur chacun de leurs
chromosomes, sont qualifies d'htrozygotes. L'hmizygote ne porte qu'une copie du gne.
Le mot gnotype dsigne la constitution gntique du gamte, du zygote, du clone cellulaire
ou de l'individu, pour un ou plusieurs gnes (ou locus).
La succession des gnes sur un chromosome ou sur un fragment de chromosome constitue
une syntnie, qui ne tient compte que de la nature de ces gnes, et l'on appelle haplotype la
succession des formes allliques de ces gnes sur un chromosome donn. En fait, les gnes
n'ont nullement besoin d'tre situs sur le mme chromosome pour que l'on parle d'haplotype
(par exemple, dans un gamte), mais cet usage nest pas en vigueur dans lespce humaine, ou l'haplotype dsigne le plus souvent la succession des marqueurs ou des allles sur un secteur
chromosomique de petite taille. On utilise aussi, dans les tudes de liaison gntique,
lexpression phase alllique pour designer les associations entre les allles de locus morbides et/ou des marqueurs sur les chromosomes.
Pour un locus donn, il existe en principe autant d'tats homozygotes possibles que d'allles.
Ne sont cependant accessibles ltude formelle que ceux d'entre eux qui modifient les caractristiques observables des individus (caractres morphologiques, biochimiques,
physiologiques, etc.) ou phnotypes. L'htrozygote peut prsenter un phnotype semblable
celui de l'un des homozygotes. Le caractre, ou l'allle de l'homozygote correspondant au
phnotype visible chez lhtrozygote est appel dominant et l'autre rcessif. Un tat composite de l'individu htrozygote, porteur simultan des deux caractres prsents chez les
deux homozygotes, traduit une codominance (cas de certains marqueurs molculaires), tandis
qu'un tat intermdiaire est une dominance incomplte.
Pour un gne donn, le gnotype individuel est le mme pour toutes les cellules, mais le
phnotype ne s'observe que sur certains organes. L'observation peut tre effectue a divers
niveaux (organisme, histologie, molcules) et les rapports de dominance peuvent varier en
fonction de ces niveaux (dominance au niveau de l'expression d'une maladie, alors qu'il y a
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codominance des squences nuclotidiques, par exemple). En outre, le phnotype individuel
peut varier en fonction du milieu et du gnotype prsent d'autres locus.
Une maladie ou un caractre congnital est un trait prsent la naissance ; la cause peut tre
gntique ou non. Par exemple, les malformations dues la rubole sont prsentes la
naissance mais sont d'origine virale. Les maladies gntiques peuvent tre ltales avant la
naissance, prsentes la naissance (elles sont alors gntiques et congnitales) ou se dclarer
plus tard.
I.1.2) Modes hrditaires des maladies gntiques
Le nombre de maladies hrditaires connues va croissant. McKusick, dans son catalogue
Mendelian Inheritance in Man (MIM), recensait 1 487 maladies en 1966 et 6678 en 1994.
Parmi ces 6 678, 4 458 taient dominantes autosomiques, 1 730 rcessives autosomiques, 412
lies au chromosome X, 19 au chromosome Y et 59 associes une mutation mitochondriale.
Or on estime que le gnome humain contient environ 30 000 gnes.
Le mode de transmission d'une maladie se dduit de la rpartition familiale des sujets sains et
atteints. L'arbre gnalogique rsume cette information, qui doit tre la plus prcise
possible. En particulier, l'examen mdical doit porter sur le plus grand nombre possible de
sujets. Certaines anomalies du phnotype, semblables celles d'origine gntique, peuvent
tre dues des facteurs environnementaux. Ces phnocopies sont importantes reconnaitre,
puisqu'elles excluent l'intervention d'une cause gntique dans la ralisation de la maladie
considre.
Les arbres gnalogiques sont tracs en utilisant les symboles utilises par la plupart des
gnticiens. Ces diffrents symboles sont reproduits figure 1
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Des symboles noirs ou indiquent les sujets porteurs de la maladie tudie chez
l'homme et la femme respectivement. Une flche ( ) dsigne le propositus (ou
proposant, ou cas index), c'est--dire le sujet permettant de recenser la famille; une famille
peut avoir plusieurs propositus. Des symboles plus complexes sont utilises en cas
d'unilatralit des lsions ( ) ou chez les sujets atteints d'une autre affection ( , ). En
cas de maladie lie au sexe, les femmes conductrices, c'est-a-dire htrozygotes, sont
reprsentes par . Les sujets htrozygotes, pour le gne d'une maladie rcessive, sont
parfois indiqus par les symboles ( , ) .
La figure 2 montre un exemple d'arbre gnalogique. Les diffrentes gnrations sont
numrotes en chiffres romains, le chiffre I dsignant la plus ancienne reprsente. Les
diffrents individus d'une gnration sont numrots en chiffres arabes en partant de la
gauche.
Parfois, les individus d'une gnalogie sont numrots uniquement avec des chiffres arabes
utiliss d'une faon squentielle: les individus d'un arbre gnalogique comprenant n
individus sont numrots de I n.
On tudie successivement les diffrents modes hrditaires.
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I.2) Les modes classiques dhrdit humaine
I.2.1) Hrdit autosomique dominante (AD):
Cas le plus frquent : Aa x AA (mariage d'un sujet htrozygote atteint et d'un sujet normal).
Les sujets atteints naissent toujours d'un parent porteur du mme caractre (sauf
mutation).
Le caractre apparat chaque gnration (ne saute pas de gnration, sauf lorsque la
pntrance est rduite)
Il y a autant de filles que de garons atteints.
Il y a en moyenne dans les fratries autant de sujets atteints que de sujets sains.
Un sujet atteint a la moiti de ses descendants atteints (statistiquement).
Un sujet sain a tous ses enfants indemnes. On nobserve pas particulirement de consanguinit.
Le caractre peut apparatre par mutation, puis se transmettre, ou, si les tares sont
svres, tre limin rapidement.
Remarques :
La plupart du temps, on ignore ce que serait un sujet homozygote pour le caractre
dominant. Certaines observations suggrent quil aurait une atteinte plus svre, plus tt, ou des troubles plus rapidement volutifs.
Notion de pntrance et dexpressivit. Si une maladie n'est pas compatible avec la reproduction, sa frquence est celle de son
taux de mutation.
Exemples de maladies AD :
Achondroplasie
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Aniridie,
Maladie de Marfan
Myotonie de Steinert
Polydactylie
Polypose colique multiple
I.2.2) Hrdit autosomique rcessive (AR):
Cas le plus frquent : Aa x Aa (mariage de 2 sujets htrozygotes bien portants).
Gnotype parental: Aa * Aa
Pour une maladie rare, les sujets atteints naissent en gnral de parents normaux.
Il y a autant de filles que de garons atteints.
Il y a en moyenne dans les fratries un sujet atteint pour trois sujets sains.
Un sujet atteint qui se marie un sujet normal non apparent donne habituellement
naissance des enfants normaux.
La maladie peut se rvler par rencontre inopine de gnes muts lors d'un mariage, et
du fait de la faible dimension des familles humaines, ne toucher qu'une personne dans
une famille. Le cas isol ne signifie donc pas ncessairement cas de novo.
On observe frquemment une consanguinit (les chances de rencontre de copies d'un
mme gne anctre mut augmentent), d' autant plus souvent que la maladie est plus
rare.
Quand une mutation se constitue, elle ne sexprime pas chez les sujets qui la portent.
Remarques :
Les mariages entre homozygotes existent, car souvent leur affection les rapproche
(surdit, ccit...): centres spcialiss, comportements identiques.. Les maladies par dficits enzymatiques se transmettent en gnral sur ce mode.
En fait, peu de gnes sont compltement rcessifs, et souvent les htrozygotes
peuvent tre dpists : l'htrozygote est diffrent des deux types d'homozygote:
hrdit intermdiaire ; la dtection des htrozygotes permet de leur donner un
conseil gntique.
Souvent les sujets homozygotes atteints dcdent, ou ne procrent pas.
Parfois, le sujet homozygote atteint survit et se reproduit (albinisme par ex.). Sil pouse un sujet htrozygote phnotype normal, leur descendance paratra
faussement de type dominant.
Mme lorsqu'une maladie est rare, les htrozygotes sont frquents (mucoviscidose:
frquence de la maladie : 4/10 000; --> frquence des htrozygotes : 4 /100).
Notion de pntrance et d'expressivit parfois.
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Exemples de maladies AR:
Les VI types de glycognose.
Les intolrances aux sucres : galactose, fructose, saccharose, lactose.
Les VI types de mucopolysaccharidoses, sauf la II (Maladie de Hunter : RLX)
La plupart des troubles du mtabolisme des acides amins : phnylctonurie,
tyrosinose, cystinose, leucinose, diffrents types d'albinisme (sauf lalbinisme oculaire : RLX) etc...
De nombreuses anomalies du mtabolisme des lipides.
Maladie de Wilson.
De nombreux troubles de l'hormonosynthse, thyrodienne et surrnalienne surtout.
Drpanocytose, thalassmies.
Dficits en facteurs I, II, V, VII, XII, XIII.
Mucoviscidose. etc...
Particularits de l'hrdit AR
La consanguinit
Le terme d'union consanguine est incorrect : on doit parler d'union entre sujets apparents,
c'est dire entre deux individus ayant au moins un anctre commun.
Dans cette situation, lhomme et la femme ont un risque plus grand d'avoir reu de leur anctre commun, un locus donn, un allle identique et d'avoir des enfants homozygotes. Le
coefficient de consanguinit dfinit la probabilit que les enfants de cette union reoivent
effectivement deux fois le mme allle.
I.2.3) Hrdit dominante lie au chromosome X
Descendance d'une femme atteinte
Xa X
X XXa XX
Y XaY
(grave) XY
La moiti des enfants sont atteints (les garons de manire plus grave).
La moiti des enfants sont indemnes.
Descendance d'un homme atteint
Xa Y
X XXa XY
X XXa XY
Les garons sont toujours indemnes.
Toutes les filles sont atteintes.
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Caractristiques de l'hrdit dominante lie l'X
L'allle morbide se comporte comme un caractre dominant : les manifestations apparaissent
aussi bien chez les hommes hmizygotes que chez les femmes htrozygotes (moins grave
chez les femmes).
Les deux sexes peuvent tre touchs par la maladie.
Les femmes htrozygotes sont moins svrement atteintes que les hommes (parfois ltal chez les garons).
Les femmes atteintes peuvent transmettre leur maladie aux deux sexes : risque de 1/2.
Toutes les filles d'un homme atteint sont malades. Il n'y a pas de transmission pre-fils.
La pntrance est incomplte et l'expressivit variable. (voir hrdit autosomique dominante)
Exemples de pathologies
Le syndrome de l'X fragile
Rachitisme vitamino-rsistant hypophosphatmique
Incontinentia pigmenti
Dficit en ornithine transcarbamylase (OCT)
I.2.4) Hrdit rcessive lie au chromosome X (RLX):
Cas le plus frquent:
Femme htrozygote, donc bien portante et conductrice, pousant un homme normal
Les sujets atteints naissent gnralement de parents normaux.
Dans la parentle du pre, tous les sujets sont normaux.
Dans la parentle de la mre il existe souvent des frres ou des ascendants masculins
atteints.
Les sujets atteints sont pratiquement toujours des garons.
Dans la fratrie des atteints, un garon sur deux est malade, et une fille sur deux est
conductrice.
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Cas particuliers
a) Mariage femme normale / homme atteint:
Gnotype parental: XX * xY
:
Tous les garons sont normaux et indemnes de la mutation.
Toutes les filles sont normales mais htrozygotes conductrices.
b) Mariage femme htrozygote / homme atteint:
Gnotype parental: Xx * xY
Situation rare si la mutation est svre
La moiti des garons sont atteints.
Les filles normales sont htrozygotes.
Il existe des filles malades (1/2).
Situation peu probable pour un gne rare, mais usuelle pour certains gnes frquents (ex.
daltonisme).
L'atteinte exclusive des garons n'est pas un caractre absolu de l'hrdit lie l' X.
Le critre de non transmission d'un pre son fils est plus fiable.
(permet la diffrence avec les maladies dominantes autosomiques avec limitation au sexe).
Remarques : dpistage des htrozygotes conductrices pour le conseil gntique.
Exemples de maladies RLX:
Daltonisme
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Hmophilies A et B
Angiokratose diffuse (Maladie de Fabry)
Myopathie type Duchenne
Incontinentia pigmenti
Agammaglobulinmie type Bruton
Dficit en G6PD. etc...
Particularits de l'hrdit RLX
Inactivation de l'X Dans chacune des cellules somatiques des femmes, les allles d'un seul chromosome X sont
fonctionnels; ceux ports par l'autre chromosome X sont pratiquement tous inactivs.
Linactivation d'un des chromosomes X se fait au hasard, un stade prcoce de lembryogense. Chez une femme htrozygote pour une maladie RLX, l'inactivation peut toucher soit le chromosome porteur de l'allle mut soit celui porteur de l'allle sain. La
rpartition alatoire des X actifs dans tous les tissus explique la variabilit d'expression de
l'allle mut qui peut entraner des anomalies biologiques (voire cliniques) chez les
conductrices.
Dtection des femmes conductrices (htrozygotes) Dans une famille touche par une maladie RLX, le dpistage des conductrices est essentiel en
raison du risque de transmission et des possibilits ventuelles de diagnostic prnatal. Cette
dtection peut se faire:
- en recherchant des signes cliniques ou biologiques mineurs de l'affection en cause (dosage
sanguin des enzymes musculaires dans la dystrophie musculaire de Duchenne ou dosage de
lactivit du facteur VIII dans l'hmophilie A). Ce type de dtection nest possible que pour certaines maladies et toutes les conductrices nexpriment pas danomalie. - par la biologie molculaire quand le gne ou sa localisation sont connus.
Mutations de novo Comme pour les maladies dominantes, une mutation sur le chromosome X peut survenir au
cours de la miose d'un individu totalement sain et non porteur de la mutation. Une mutation
survenue au cours de la miose masculine peut donner naissance une fille conductrice; une
mutation survenue au cours de la miose fminine peut donner soit une fille conductrice soit
un garon atteint.
I.3) Facteurs affectant les modes de transmission
Facteurs susceptibles de modifier le phnotype
I.3.1) Htrognit gntique
L'htrognit gntique intresse tous les modes de transmission mais est particulirement
illustre par les maladies AR. On distingue :
L'htrognit alllique ou intralocus qui rend compte du fait qu'une maladie peut tre due des mutations diffrentes (allliques) dans le mme gne (une maladie / plusieurs allles
morbides). C'est ainsi que l'on connat plus de 700 mutations diffrentes du gne CFTR
impliqu dans la mucoviscidose. Un individu malade portant deux mutations diffrentes au
mme locus est appel htrozygote composite.
L'htrognit interlocus se traduit par le fait qu'un phnotype apparemment identique peut tre cause par des mutations dans des gnes diffrents (une maladie / plusieurs gnes).
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On a, par exemple, identifi actuellement plus de 40 loci impliqus dans les rtinites
pigmentaires (AD, AR et RLX) qui sont des affections dgnratives de la rtine.
L'htrognit des mutations conduit des manifestations variables.
I.3.2) Pntrance
Certains individus possdant le gne dltre (d'une maladie autosomique dominante, par
exemple), ne prsentent pas le phnotype attendu : on dit alors que la pntrance est
incomplte. Le nombre d'individus porteurs de la mutation ne correspond pas au nombre
d'individus ayant un phnotype anormal. Il s'agit d'une valuation quantitative. Dans la
neurofibromatose de type-I la pntrance est d'environ 80% mais il est cependant parfois
difficile d'liminer toute forme frustre de la maladie. Une meilleure connaissance du type de
mutation dans ces familles nous permettra de mieux cerner cette notion de pntrance.
par pntrance incomplte et un cas sporadique par
mutation.
La pntrance incomplte
Lorsquun gne dominant n'entrane aucune manifestation, il est dit non pntrant
Le coefficient de pntrance est la probabilit de manifestation du gne
Dans une maladie pntrance variable, il peut y avoir des sauts de gnration.
La pntrance peut varier :
avec lge :
Exemple : dans la maladie de Huntington
30 ans 20 % des sujets ont des signes de la
maladie
40 ans 40 %
50 ans 60 %
60 ans 80 %
avec la qualit des moyens mis en uvre
Exemple : dans la polykystose rnale, la pntrance nest pas la mme selon que lon utilise des moyens de diagnostic clinique ou le dpistage chographique
Aprs dpistage chographique :
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o 0 - 9 ans : 22 % (avant 10 ans, 22% des individus porteurs de la mutation ont
des kystes rnaux)
o 20 - 30 ans : 86 %
I.3.3) Expressivit
Par ailleurs, le phnotype peut tre plus ou moins svre selon les individus; il y a alors une
expressivit variable du gne dltre. Il s'agit d'une valuation qualitative.
Lexpressivit peut concerner :
-Le nombre de tissus atteints
Exemple : maladie de Marfan : affection dominante lie une mutation dans le gne de la
Fibrilline. Dans le syndrome de Marfan, pour une mutation familiale identique, certains
individus atteints auront une forme svre touchant les systmes cardio-vasculaire, oculaire et
squelettique alors que pour d'autres individus seule la grande taille et l'arachnodactylie, sans
luxation du cristallin ou anvrysme aortique, seront observes.
Latteinte est PLEIOTROPIQUE : concerne plusieurs organes et plusieurs tissus : o Squelette : grande taille, scoliose
o il : luxation du cristallin o Cardiovasculaire : augmentation du diamtre de laorte, risque de dissection
aortique et de mort subite.
-La svrit de latteinte
Pntrance : Phnomne quantitatif
Expressivit : Phnomne qualitatif
maladies autosomiques dominantes.
I.3.4) Homozygotie pour un caractre dominant
Situation exceptionnelle.
En gnral lhomozygote pour la mutation est plus svrement atteint que lhtrozygote
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EXCEPTION : CHOREE DE HUNTINGTON : lhomozygote a le mme phnotype que lhtrozygote
I.3.5) Anticipation/ ge du dbut de la maladie
Bien que prsentes la naissance plusieurs maladies ne se manifesteront que plus tard dans la
vie. Un examen physique normal chez une personne de 20 ans, risque de dvelopper une
maladie de Huntington, n'exclut pas la possibilit que cette personne soit effectivement
atteinte de la maladie
ne famille, l'analyse molculaire pourra
confirmer ou exclure la prsence d'une mutation avant l'ge du dbut de la maladie
chez l'individu risque.
gnration l'autre accompagne de manifestations plus svres. Le phnomne est
observ surtout, mais non exclusivement, dans les maladies autosomiques dominantes,
en prsence d'une rptition plus marque de triplets d'une gnration l'autre, comme
dans la dystrophie myotonique (CTG) et la maladie de Huntington (CAG). Dans
l'ataxie de Friedreich, une maladie autosomique rcessive, la littrature fait mention de
plusieurs familles o la rptition plus importante de triplets (GAA) d'une gnration
l'autre s'accompagne d'une apparition plus prcoce de la maladie et d'une
symptomatologie plus svre. Cependant on retrouve aussi dans le syndrome du X
Fragile (CGG), un syndrome li au chromosome X, sil y a rptition plus marque de triplets, une svrit accrue de la maladie sans qu'on puisse ncessairement parler ici
d'un phnomne d'anticipation.
I.3.6) Pliotropie
L'expression de certains gnes peut se limiter un seul organe (ex : les rtinites pigmentaires
AD qui comportent uniquement des anomalies ophtalmologiques); dautres maladies touchent de nombreux organes (ex : la sclrose tubreuse de Bourneville donne des signes cutans,
neurologiques, rnaux, cardiaques, etc...). On appelle ce phnomne l'effet plotropique du
gne. Aussi dans le syndrome Moon-Biedl, une maladie autosomique rcessive, des
malformations sont observes au niveau des systmes nerveux, endocrinien, squelettique et
oculaire. Le gne mutant peut agir plusieurs stades du dveloppement.
-
I.3.7) Interaction des gnes co-facteurs
La fonction d'un gne est parfois rgie par un ou d'autres gnes agissant titre de rgulateurs.
Ainsi le gne en cause peut avoir une structure normale mais d'autres gnes ailleurs dans la
chane mtabolique ou l'absence de co-facteurs peuvent-tre responsables de l'inhibition de
l'activit de la protine et l'apparition d'une maladie gntique.
-Pour certains individus le rachitisme est d une simple carence en vitamine D qui sera
corrige par l'ajout d'un supplment vitaminique dans l'alimentation. Pour d'autres il est d
l'absence de la forme active de la vitamine D, une maladie autosomique rcessive ou d'autres
mutations touchant le mtabolisme de la vitamine D.
-On retrouve des mutations de gnes suppresseurs du cancer, rgulateurs de protines
(enzymes) ou de rparation de l'ADN. titre d'exemples ces mutations seront l'origine de
maladies mtaboliques telles les mucopolysaccharidoses, les cancers de l'ovaire et du colon, et
les dfauts de rparation de l'ADN comme dans l'ataxie tlangiectasique.
I.3.8) Gnes de susceptibilit au cancer et malformations
Un certain nombre de gnes susceptibles d'tre l'origine d'un cancer peuvent simultanment
tre l'origine d'un syndrome malformatif.
-Le gne WT1 situ sur le chromosome 11 qui l'habite subirait une dltion dans la rgion
11p13 entranant une tumeur de Wilms et une nphropathie. Le syndrome WAGR (W :
Wilms ;A : aniridie ; G :malformation gnito-urinaire, R : retard mental ) serait une
consquence de cette dltion impliquant la fois des gnes contigus de la rgion11p13 -
11p14.
-Un autre exemple est celui du syndrome de Beckwith-Wiedemann galement situ sur le
chromosome 11, dans la rgion 11p15.5 qui impliquerait plus d'un gne contigu de cette
rgion. Le syndrome se manifeste par de lobsit, macroglossie, nphroblastome (hpatoblastome, neuroblastome), gigantisme et omphalocle. Le facteur de croissance IGF-2
( Insulin-like growth factor 2') un gne imprim (expression paternelle) serait impliqu dans la pathognse de la macrosomie; une mutation d'autres gnes, tel que le gne CDKNIC
(p57K1P2) (expression maternelle), peut tre responsable pour d'autres aspects du phnotype.
sont essentielles pour prciser les
mcanismes tiologiques de ces syndromes malformatifs avec susceptibilit au cancer.
1.3.9) Hrdit multifactorielle
Multialllique : il existe pour 1 mme locus toute une srie d'allles possibles; chaque
sujet n'en possde que 2 et la transmission se fait sur le mode monognique.
Multifactoriel :
o Il existe pour un caractre donn, toute une srie de gnes (et donc de loci) qui
concourent son tablissement (synonymes: systme polygnique, hrdit
quantitative, facteurs multiples).
o Leur tude gntique est complexe et mathmatique.
-
o Rle adjuvant de facteurs environnementaux. - exemples : taille d'un sujet,
cardiopathies congnitales, pilepsie.
Exemples de maladies hrditaires multifactorielles:
o Fente palatine
o Bec de livre
o Maladies cardio-vasculaires
o Epilepsie
o Schizophrnie
o Diabte
o Goutte
o Luxation de la hanche
o Strabisme
o Psoriasis, etc... etc...
I.4) Modes non classiques dhrdit humaine
I.4.1) Hrdit mitochondriale
Les mitochondries proviennent d'anciennes bactries anarobies; elles ont leur propre ADN. Il
existe donc un ADN extra nuclaire dans nos cellules.
ADN mitochondrial :
ADN circulaire de 16 kb, dont la squence est entirement connue.
37 gnes codant pour 13 protines, des ARN ribosomiques, et des ARN de transfert.
Avec un code diffrent du code universel : Mito. Univ. UGA Trp STOP AUA Met Ile
AGA/AGG STOP Arg .(voir tableau ci-dessous)
Les mitochondries sont prsentes dans lovocyte (en trs grand nombre) : Hrdit non mendlienne: hrdit purement maternelle.
Il existe des maladies hrditaires dues des gnes mitochondriaux dfectueux.
Les cytopathies mitochondriales sont souvent des pathologies symptomatologie
pliotropique (multiple), car le dficit touche de nombreux organes; ex: syndrome de
Pearson: insuffisance pancratique exocrine, insuffisance mdullaire/mylodysplasie,
dficit musculaire, troubles hpatique, rnal, gastrointestinal ...
Variation du code gntique
Les mitochondries utilisent un code gntique diffrent du code gntique universel, utilis
par la trs grande majorit des organismes vivants. En fait il existe 17 codes gntiques
diffrents, dont 11 pour les mitochondries de diffrents organismes. Il faut noter que les
associations entre espces et code gntique mitochondrial sont en constante volution au gr
des squenages de nouveaux gnomes mitochondriaux. Par exemple le code n5 appel
"code mitochondrial des invertbrs" est confirm pour des espces comme Caenorhabditis
elegans ou la drosophile (avec l'exception de l'absence de codon AGG), mais par exemple, ce
n'est pas le cas pour les oursins qui ont leur propre code (n9).
-
Exceptions au code gntique universel chez
diffrentes mitochondries
Organisme Codon Standard Variation
Vertbr
AGA,
AGG Arginine Stop
AUA Isoleucine Methionine
UGA Stop Tryptophane
Invertbrs
AGA,
AGG Arginine Serine
AUA Isoleucine Methionine
UGA Stop Tryptophan
Levure
AUA Isoleucine Methionine
UGA Stop Tryptophane
CUA Leucine Threonine
Une maladie due un gne mitochondrial dfectueux est transmise :
1. Uniquement par les femmes,
2. A tous ses descendants. Souvent lanomalie gntique nest pas prsente dans toutes - mais dans une partie seulement- des mitochondries transmises la gnration
suivante; alors, selon le taux de mitochondries mutes
3. Expressivit variable
- Note: Le terme "cytopathie mitochondriale" peut tre ambigu: les cytopathies
mitochondriales incluent non seulement les pathologies dues aux mutations des gnes
mitochondriaux, mais aussi celles dues aux mutations des gnes nuclaires codant
pour les protines intervenant dans le mtabolisme mitochondrial (enzymes de la
chane respiratoire).
Exemples de maladies hrditaires mitochondriales:
o Atrophie optique de Leber
o Myopathies mitochondriales
o Syndrome de Pearson ....
I.4.2) Mosaque germinale
Le mosacisme germinal est dfini par la prsence d'une double population de cellules
germinales, certaines tant porteuses d'une mutation, d'autres tant sauvages. Par dfinition, le
parent porteur d'une mutation germinale en mosaque peut la transmettre sa descendance. Si
cette mutation est absente des cellules somatiques, la maladie ne s'exprimera pas chez le
parent porteur mais pourra tre transmise sa descendance. Ce concept est d'une grande
importance en conseil gntique puisqu'il signifie que des parents indemnes peuvent avoir
plus d'un enfant porteur d'une apparente no-mutation. L'ostogense imparfaite est une
affection autosomique dominante habituellement associe des mutations htrozygotes dans
-
les gnes COL1A1 ou COL1A2 codant pour les chanes 1 et 2 du collagne de type 1. La transmission du trait peut alors ressembler, dans certaines familles, une hrdit
autosomique rcessive avec plusieurs enfants issus de parents sains. Ce mosacisme germinal
a t dcrit dans diverses affections dont la NF1 et la dystrophie musculaire de Duchenne.
I.4.3) Empreinte parentale ou Empreinte gnomique
oUn gne est soumis empreinte lorsque l'expression de ce gne dpend de son origine
parentale (maternelle ou paternelle).
oUn gne peut tre soumis empreinte seulement dans un tissu particulier (par exemple
uniquement dans le placenta) ou un moment particulier (par exemple au cours du
dvelopement embryonnaire).
oLes gnes soumis empreinte sont le plus souvent regroups dans des domaines
chromatiniens contrls par un centre d'inactivation.
On connat actuellement chez l'homme plus de 30 gnes soumis empreinte parentale, et on
estime qu'il en existe probablement dix fois plus.
Au cours du dveloppement les gnomes d'origine maternelle et paternelle ne sont pas
quivalents mais complmentaires suite un phnomne pigntique survenu en
gamtognse
La fonction d'un gne peut varier selon qu'il est dorigine maternelle ou paternelle.
-Une dltion sur le chromosome 15 (15q11-13) originant du complment
chromosomique paternel va donner un syndrome de Prader Willi diffrent du
syndrome d'Angelman observ si la dltion origine de la mre.
-Dans certaines maladies le sexe du parent atteint peut influencer le degr de svrit
chez la personne qui le gne mutant est transmis. Dans la dystrophie myotonique la
maladie sera plus svre, souvent congnitale si c'est la mre atteinte qui transmet la
maladie alors que dans la maladie de Huntington la maladie sera plus svre et de
manifestation prcoce si c'est le pre qui l'a transmise. Dans ces deux exemples le rle
d'autres facteurs soit d'empreinte parentale ou de mutation mitochondriale n'est pas
exclu.
-
haplode a subi une duplication ou par une dispermie, serait responsable de la mle
hydatiforme.
I.4.4) Disomies Uniparentale (DUP)
Il existe, chez un individu diplode, une disomie uniparentale (DUP) pour un chromosome ou
un segment de chromosome lorsque les deux exemplaires de ce matriel ont t hrits d'un
seul et mme parent.
-On parle d'isodisomie ou d'htrodisomie uniparentale selon que les deux exemplaires du
matriel considr chez l'individu sont la copie d'un mme exemplaire ou des deux
exemplaires diffrents du matriel parental, respectivement.
-La mise en vidence des DUP repose sur des techniques de biologie molculaire : en effet,
l'utilisation de marqueurs polymorphes microsatellites d'un locus donn, comparativement
chez le sujet et ses deux parents, permet de mettre en vidence la double contribution de l'un
des parents et la non-contribution de l'autre parent au gnotype du sujet, pour ce locus.
I.4.4.1) Mcanismes conduisant aux disomies uniparentales
Parmi les mcanismes invoqus pour expliquer l'apparition d'une DUP, trois semblent plus
probables :
(1) la fcondation d'un gamte disomique pour une paire chromosomique donne par un
gamte nullosomique pour le mme chromosome (complmentation gamtique)
(2) la duplication d'un chromosome dans un zygote monosomique
(3) la "correction (ou rduction) de trisomie", c'est--dire la formation d'un zygote trisomique
suivie de la perte d'un des 3 chromosomes intresss par la trisomie. Ce mcanisme de
correction de trisomie pourrait tre le plus frquent.
Si la correction d'une trisomie se fait au hasard, c'est une fois sur trois que les deux
chromosomes homologues conservs proviennent d'un mme parent et qu'il en rsulte une
DUP . Ce mcanisme est observ en particulier dans les trisomies confines au placenta, en
mosaque ou non, qui peuvent conduire une DUP par rduction de trisomie.
Les consquences phnotypiques des DUP sont varies et en rapport avec des mcanismes
divers.
A-Les mcanismes
1. Une isodisomie uniparentale peut faire apparatre une maladie rcessive autosomique alors
que seul l'un des parents est htrozygote pour l'allle mutant. Cette situation a t dmontre
dans de rares cas de mucoviscidose, o, chaque fois, les enfants atteints ont hrit des deux
copies maternelles du chromosome 7.
-
2. Lorsqu'elle porte sur un territoire chromosomique soumis empreinte parentale, une
disomie uniparentale peut engendrer une pathologie lorsqu'elle exclut le chromosome parental
normalement actif.
o Ainsi, 30% des cas de syndrome de Prader-Willi sont dus une DUP maternelle de la
rgion q11-q12 du chromosome 15 ; en effet, c'est l'exemplaire paternel qui est actif.
o La DUP d'une rgion voisine du chromosome 15 d'origine paternelle est, quant elle,
responsable d'environ 5% des cas de syndrome d'Angelman : c'est l'exemplaire maternel qui
est normalement actif.
o Dans le syndrome de Beckwith-Wiedemann, une DUP des chromosomes 11 d'origine
paternelle a t mise en vidence dans environ 10% des cas.
B-Consquences phnotypiques
1-Retard de croissance intra-utrin
o Les enfants atteints de mucoviscidose par DUP maternelle cits plus haut prsentaient en
outre un retard de croissance intra-utrin (RCIU) ce qui est inhabituel dans cette maladie. Le
gne de la mucoviscidose (CFTR) est situ sur le chromosome 7. Or d'autres cas de DUP du
chromosome 7 d'origine maternelle ont t rapports chez des enfants sans mucoviscidose
mais ayant un RCIU qui se prolonge par une petite taille post natale.
o Des DUP du chromosome 14 d'origine maternelle ont t dcrites chez des patients ayant un
RCIU, un retard de croissance statural post natal et une pubert prcoce.
o Des DUP obtenues chez la souris en utilisant des lignes pures porteuses de translocations
rciproques quilibres ont montr, dans un grand nombre de cas, qu'un RCIU important
semblait tre la seule consquence, tmoignant ainsi de l'importance d'une contribution
biparentale pour un dveloppement foetal harmonieux. Il est donc possible qu'une certaine
fraction des RCIU inexpliqus de l'homme rsulte d'une DUP.
I.4.4.2) Phnotype non pathologique
o Chez l'homme comme chez la souris, certaines DUP ne s'accompagnent d'aucun
retentissement phnotypique, ce qui permet d'exclure la prsence de gnes soumis empreinte
parentale dans les rgions tudies (c'est le cas par exemple pour les DUP maternelles et
paternelles des chromosomes 13 et 21, les DUP maternelles des chromosomes 4 et 22 et les
DUP paternelles du chromosome 6).
L'incidence des DUP n'est pas connue mais le nombre d'observations dj publies justifie
leur recherche systmatique dans diverses situations cliniques, et en particulier :
o l'association, une maladie autosomique rcessive rare d'un RCIU ou d'autres anomalies
malformatives,
o l'association d'une translocation quilibre, hrite ou de novo, un phnotype anormal,
o un RCIU svre et isol inexpliqu,
-
o une pathologie connue de l'empreinte parentale.
La dcouverte d'une DUP peut contribuer la localisation et l'identification de gnes soumis
empreinte gnomique parentale.
Plusieurs maladies sont en rapport avec des gnes soumis empreinte :
Syndrome de Prader-Willi
Syndrome d'Angelman
Syndrome de Silver-Russel
Diabte nonatal
Syndrome de Beckwith-Wiedemann
-
II) ANALYSE GENETIQUE
Une analyse gntique est une technique d'analyse du gnome des cellules d'un organisme.
Les analyses gntiques se pratiquent sur tout type d'organisme. Chez les humains elles sont
utilises dans un cadre mdical ou juridique (enqute criminelle)
Diffrents types d'analyse
Ce peut tre :
une empreinte gntique pour tablir une identit ;
une analyse de l'ADN mitochondrial pour mettre en vidence une filiation ;
un test de paternit ;
un diagnostic gntique pour dpister une ventuelle maladie gntique ou pour
valuer un risque ;
Une analyse de gnome pour comparer l'ADN en phylognie molculaire.
Le sexage ADN consiste dterminer le sexe d'un individu par analyse d'un gne
dterminant le sexe, quand le sexe n'est pas dterminable (organisme jeune...).
II.1) Techniques d'analyse gntique
Les tests gntiques
Les tests gntiques englobent deux grandes catgories d'application : d'une part, le test
prdictif, le dpistage des porteurs de gnes dltres et le test diagnostique, et d'autre part,
les empreintes gntiques. Le test prdictif, le dpistage des porteurs et le test diagnostique
sont dcrits ci-aprs. Les empreintes gntiques sont dcrites en fin de chapitre.
On sait que les maladies hrditaires sont associes des anomalies dans certains gnes ou
chromosomes particuliers. Ainsi, on sait que plusieurs maladies sont lies des mutations
gntiques particulires, comme la maladie Tay-Sachs et la fibrose kystique (ou
mucoviscidose)
Le test prdictif, le dpistage des porteurs et le test diagnostique permettent d'valuer
l'ampleur de ces anomalies dans chaque gnome.
Avant d'examiner comment les techniques de dpistage gntique sont employes pour
dceler ces maladies et d'autres, il nous faut comprendre comment les gnes dfectueux
peuvent dclencher la maladie.
II.1.1) Gnes dfectueux et maladie gntique
De nombreux gnes sont transcrits en ARN messager, qui, en fin de compte, synthtise les
protines. Ce sont les protines qui sont responsables d'importants processus cellulaires. Si un
gne particulier est dfectueux, son produit protique ne sera peut-tre pas fabriqu ou encore
il fonctionnera mal ou de manire trop agressive. Les symptmes d'une maladie gntique
sont le rsultat de l'interruption de processus cellulaires vitaux provoque par l'absence
ou le mauvais fonctionnement de protines. Par exemple, la fibrose kystique est gnralement provoque par l'absence d'un segment de
gne1 qui donne lieu une malformation de la protine de transport membranaire de la cellule.
Cette malformation entrane en fin de compte l'accumulation d'un pais mucus dans les
poumons et les voies ariennes du corps. Les cancers sont provoqus par des cellules qui se
-
divisent et prolifrent de manire incontrlable. Les gnes dfectueux, que l'on appelle
oncognes, peuvent donner lieu une prolifration cellulaire.
L'absence ou le mauvais fonctionnement d'une protine peut tre le rsultat d'une
mutation gntique. Une mutation gntique est simplement une altration des nuclotides
qui constituent un gne. Elle peut prendre la forme du remplacement d'un nuclotide par un
autre, ce qui entrane la substitution d'un acide amin par un autre sur la chane protique qui
en rsulte. Par exemple, la squence d'ARN UGC code pour un acide amin appel cystine
dans la chane protique rsultante. Si le nuclotide guanine (G) tait remplac par un
nuclotide adnine (A), la nouvelle squence UAC coderait pour la tyrosine, un acide amin
diffrent. La protine produite pourrait prendre une forme diffrente, car la cystine peut
former des liaisons particulires avec d'autres segments de la chane protique (appele
liaisons disulfures), ce qui n'est pas le cas de la tyrosine.
La perte ou le gain d'un nuclotide dans une squence gntique constitue un autre type
de mutation, qui peut entraner la production d'une protine tout fait diffrente, car la
phase de lecture est modifie. Envisageons l'exemple suivant : supposons que la version
normale d'un brin d'ARN messager renferme ce qui suit :
La chane d'acides amins code pour cette squence est
Ceci se produit, car UUG code pour la leucine, CGA et CGG codent pour l'arginine, et GGG
code pour la glycine.
Imaginons maintenant qu'on ajoute une adnine (A) supplmentaire aprs la premire uracile
(U) :
-
Comme les nuclotides sont toujours lus en triplet par un ribosome lors de la fabrication
d'une protine, ils seront lus comme suit :
Maintenant, la squence d'acides amins sera :
car UAU code pour la tyrosine, GCG code pour l'alanine et AGG code pour l'arginine. En
consquence, l'ajout d'un seul nuclotide donne lieu une squence compltement diffrente
d'acides amins (et donc de protine), car la phase de lecture est dcale d'un seul nuclotide!
D'autres types de mutations entranent la suppression ou la multiplication de longs
segments d'ADN. En d'autres termes, ou les protines associes ne sont pas du tout
fabriques, ou elles sont beaucoup plus courtes ou plus longues, ce qui rduit leur capacit de
faire leur travail correctement.
II.1.2) La mutation gntique
Les mutations gntiques peuvent soit tre hrditaires soit tre acquises pendant la vie d'une
personne. Une mutation hrditaire sera prsente dans toutes les cellules d'une personne et
sera transmise sa descendance, car les cellules reproductrices de la personne (sperme ou
ovule) renferment la mutation. Les mutations acquises peuvent se produire dans l'ADN de cellules individuelles sous l'action
de nombreux facteurs possibles. Par exemple, des mutations dans l'ADN des cellules de la
peau peuvent tre provoques par l'exposition aux rayons ultraviolets du soleil.. Les
mutations gntiques dans d'autres cellules peuvent tre provoques par des erreurs qui se
produisent juste avant la division cellulaire, pendant laquelle une cellule rplique son ADN
avant de se diviser en deux.
En gnral, les mutations qui se produisent sont rapidement rpares, avant que la mutation ne
soit transmise aux cellules des descendants, par une batterie d'enzymes qui scrutent
constamment l'ADN pour dceler les erreurs. Toutefois, parfois, ces enzymes de rparation
chouent, ce qui entrane des mutations non corriges susceptibles de provoquer des troubles.
Il convient de noter que 90 95 p. 100 de tous les cancers sont attribuables des
mutations acquises2 et non hrditaires. En consquence, l'absence de mutations
cancrognes avant la naissance ou un jeune ge ne garantit pas qu'une personne nait pas un cancer plus tard dans sa vie par suite d'une ou de plusieurs mutations acquises.
II.1.3) Tests gntiques en recherchant des mutations dans un chantillon d'ADN
Habituellement, on effectue les tests prdictifs et diagnostiques et le dpistage des porteurs
pour dceler des mutations gntiques en examinant l'ADN d'une personne. Cependant, il ne
-
s'agit pas de la seule mthode employe pour dterminer si l'ADN d'une personne a subi une
mutation particulire.
Il existe un autre moyen de dceler la prsence de mutations. Lorsqu'on constate l'absence ou
le mauvais fonctionnement d'une protine -- et quand on peut les attribuer une mutation (ou
plusieurs mutations) d'un simple gne - on parle de test gntique fonctionnel. Le test
fonctionnel a l'avantage de pouvoir dmontrer non seulement la prsence d'un gne mut,
mais aussi qu'il fabrique une protine anormale ou encore qu'il ne fabrique aucune protine.
Si l'on peut dceler des mutations dans l'ADN d'une personne en examinant ses protines,
c'est parce que des gnes particuliers codent pour un ARN messager particulier qui, son
tour, code pour des protines distinctes. En consquence, une analyse de l'ARN ou des
protines d'une personne (ou leur absence, si un gne dfectueux empche leur production!) peut rvler la prsence d'une mutation gntique particulire dans l'ADN d'une
personne.
II.1.4) Tests gntiques l'aide de l'ADN :
a) Test direct de l'ADN
Le test direct vise dceler une mutation gntique particulire (ou plusieurs mutations) que
l'on sait l'origine de maladie. Pour ce faire, on peut examiner l'ADN d'une personne, l'ARN,
les protines ou d'autres produits d'expression gnique. Le test direct de l'ADN est ralis
comme suit : o Tout d'abord, on prlve un chantillon des cellules de l'individu tester. En gnral, on
utilise des cellules sanguines, car ce sont les plus faciles prlever.
o Ensuite, on extrait l'ADN des cellules. Presque toutes les cellules du corps d'une personne
contiennent une srie identique et complte d'ADN. En consquence, l'ADN obtenu d'une
cellule, quelle qu'elle soit, peut tre utilise pour dceler une mutation.
o L'ADN est rompu l'aide d'enzymes appels endonuclases de restriction. Ces enzymes
coupent l'ADN en des sites prcis.
o Les morceaux sont ensuite tris selon leur taille l'aide d'une technique appele
lectrophorse en gel, comme suit :
l'ADN est plac dans un gel d'agarose (produit semblable de la gele fabriqu partir
d'algues marines) et on applique un potentiel lectrique. Comme l'ADN est charg
ngativement, il se dplacera travers le gel vers le ple positif. Mais les morceaux plus petits
rencontreront moins de rsistance que les plus gros, ce qui signifie qu'ils se dplaceront plus
rapidement dans le gel.
o Aprs quelques heures, les fragments d'ADN auront t organiss en fonction de leur taille,
les fragments les plus petits ayant t le plus loin, alors que les plus longs auront peut-tre
peine boug par rapport leur position de dpart.
o Ensuite, les fragments d'ADN sont transfrs sur une feuille de nylon. Le nylon, plac
au-dessus du gel, absorbe l'ADN, de sorte que tous les brins d'ADN sont transfrs tout en
gardant leur position relative en fonction de leur taille. Pendant ce processus d'absorption,
l'ADN bicatnaire est spar en brins uniques.
o La feuille de nylon laquelle l'ADN s'est fix est place dans une solution avec des sondes
spciales d'ADN. Les sondes d'ADN ont t conues en laboratoire pour se lier un
fragment de gne porteur d'une maladie connue. Une sonde repre son image symtrique
sous la forme du gne infect et s'y lie.
o Les sondes d'ADN sont radioactives, de sorte que toute sonde qui se lie la feuille de nylon
(et donc un gne porteur de maladie) peut tre dcele3. On superpose une pellicule
photographique sur la feuille de nylon aux fins de dtection. Les gnes porteurs de la
maladie qui se sont lis aux sondes d'ADN apparatront sur le film comme une srie de bandes
-
fonces. Par consquent, les bandes fonces sur le film l'endroit prvu (souvenez-vous que
l'emplacement de la bande indique la taille du fragment d'ADN) rvleront la prsence d'un
gne porteur de la maladie.
Le test direct est actuellement possible pour des maladies comme la fibrose kystique, la
chore de Huntington (affection qui survient chez les personnes d'ge moyen et qui provoque
la dmence, puis la mort2), la dystrophie myotonique (l'affection musculaire hrditaire la
plus courante chez les adultes qui entrane un affaiblissement et une atrophie musculaire4) et
l'achondroplasie (affection provoquant des difformits osseuses pendant l'enfance et
entranant le nanisme).
Il convient de noter que le test direct ne prdit pas infailliblement avec prcision le dbut d'un
trouble gntique. Les personnes touches par une certaine mutation gntique ne
connatront pas toutes la maladie et certaines personnes atteintes ne prsenteront pas la mutation recherche. Le dclenchement d'un trouble gntique peut aussi dpendre de
l'exposition certaines conditions dans l'environnement d'une personne, ou la maladie peut
tre provoque par une autre mutation non recherche. Par exemple, bien que l'on ait constat
que de nombreuses mutations soient l'origine de la fibrose kystique, il serait trs onreux et
laborieux d'effectuer les tests pour toutes les dceler. On recherche plutt les 13 mutations les
plus courantes, qui reprsentent environ 88 p. 100 de tous les cas (ce pourcentage varie en
fonction de l'origine ethnique). De toute vidence, une personne prsentant l'une des
mutations plus rares non recherches pourrait tre atteinte de la maladie mme si son test
gntique tait ngatif.
Comme ces tests ne sont pas prdictifs 100 p. 100, l'information obtenue doit tre
interprte en tenant compte des antcdents familiaux et, dans certains cas, du diagnostic
tabli par le spcialiste au terme de l'examen physique.
(b) Analyse de liaison
Il est galement possible de dceler les maladies gntiques sans rechercher les mutations
gntiques particulires qui les provoquent. Il est possible de dceler les maladies
gntiques en recherchant les marqueurs gntiques chez les membres de familles ayant dj prsent une affection donne. On appelle ce type de test analyse de liaison. Les
marqueurs gntiques sont des segments d'ADN dont hritent systmatiquement les personnes
porteuses de la maladie mais qu'on ne retrouve pas chez les membres de la famille qui en sont
exempts. Ces segments gntiques sont grands et peuvent contenir de nombreux gnes, ce qui
signifie que l'anomalie gntique responsable de l'affection n'aura peut-tre pas t
dtermine. Dans le cadre de la recherche de marqueurs gntiques, il convient de comparer
l'ADN du candidat avec des chantillons d'ADN provenant de membres de sa famille qui sont
porteurs de la maladie et de membres en bonne sant.
On peut utiliser l'analyse de liaison pour dceler plusieurs maladies hrditaires, y
compris le cancer du sein et l'hmophilie. Il convient de noter que l'analyse de liaison n'est
pas exacte 100 p. 100 et n'a de sens que lorsqu'on examine l'information sur un patient en
tenant compte de ses antcdents familiaux. Une analyse de liaison positive pour le cancer du
sein o une rgion chromosomique appele BRCA-1 est examine pourrait signifier que les
risques de cancer du sein sont de l'ordre de 80 p. 100, mais uniquement si le rsultat est
corrobor par les rsultats des tests effectus sur d'autres membres de la famille porteurs et
non porteurs.
-
II.1.5) EMPLOI DU TEST DIRET OU DE LANALYSE DE LIAISON GENETIQUE
TEST PRDICTIF
Le test direct et l'analyse de liaison gntique peuvent tre employs pour identifier les
personnes qui risquent d'attraper une maladie, et ce, avant l'apparition des symptmes. On
appelle ce genre de test un test prdictif. On l'effectue afin d'examiner les troubles
familiaux attribuables une anomalie gntique connue. Mais que vous rvle un test prdictif? Un test prcis vous indiquera si vous prsentez ou non
une mutation gntique lie la maladie. Vous contracterez ou non la maladie selon le mode
d'interaction de la mutation avec plusieurs autres facteurs. En d'autres termes, ce n'est pas
parce qu'il y a mutation que la personne contractera obligatoirement la maladie, bien que
dans de nombreux cas, les risques soient relativement levs
Par ailleurs, un test ngatif ne garantit pas la personne qu'elle n'aura pas la maladie en
question, mais qu'elle court le mme risque de contracter la maladie par une mutation acquise
que d'autres personnes n'ayant pas hrit de la mutation. Souvenez-vous que plus de 90 p. 100
des cancers sont provoqus par des mutations acquises. De plus, un membre d'une famille
ayant des antcdents concernant un trouble gntique donn peut avoir hrit d'un gne de
susceptibilit diffrent et inconnu non dcel par le test.
a) DPISTAGE DES PORTEURS
Parfois, les gens sont porteurs d'une partie du patrimoine gntique d'un trouble
hrditaire, mais ne sont pas affects par la maladie elle-mme. C'est pourquoi, au sein
d'une mme famille ayant des antcdents d'une maladie hrditaire donne, des membres
bien portants peuvent avoir des enfants atteints du trouble en question.
On peut avoir recours au dpistage des porteurs pour aider les couples en bonne sant dont
l'un ou les deux conjoints ont des antcdents familiaux d'un certain trouble hrditaire. Le
test peut permettre de dterminer si l'un d'entre eux est porteur d'une partie du patrimoine
gntique du trouble et donc si le risque de donner naissance un enfant affect est lev. Les
tests directs ou l'analyse de liaison peuvent tre effectus pour des maladies comme la fibrose
kystique, la drpanocytose (prsence dune hmoglobine anormale, et problmes sanguins)
b) TEST DIAGNOSTIC
Examen du nouveau-n
Il est possible de vrifier la prsence de mutations gntiques, l'absence de protines et de
produits gniques ou encore la prsence de protines ou de produits gniques anormaux dans
le sang prlev de nouveau-ns. Ainsi, on peut effectuer des tests pour dceler la prsence
d'un enzyme appel phnylalanine hydroxylase. L'absence de cet enzyme entrane une
affection rare mais traitable appel phnylctonurie (trouble de la transformation de la
phnylalanine). Le test direct et l'analyse de liaison pour d'autres affections peuvent galement
tre effectus, entre autres le test pour le syndrome de Down (plus connu sous le nom de
trisomie 21 ou mongolisme), provoqu par la prsence d'un chromosome 21 surnumraire
Test prnatal
Il est possible d'effectuer des tests directs et des analyses de liaison sur un ftus avant sa naissance afin de prdire et de diagnostiquer des troubles hrditaires. Pour ce faire, on
analyse l'ADN tir des cellules ftales comme on isole et analyse l'ADN de cellules humaines adultes. Il est cependant plus difficile de prlever des cellules ftales que des cellules sur un adulte. Dans ce dernier cas, on peut utiliser les globules blancs obtenus d'un prlvement
sanguin. Actuellement, on obtient les cellules ftales en procdant une amniocentse ou un prlvement des villosits choriales. Ces deux techniques prvoient l'extraction de
-
cellules ftales du liquide amniotique ou du placenta l'aide d'une aiguille enfonce dans l'utrus de la mre.
Malheureusement, ces deux procdures prsentent un faible risque de fausse couche. C'est
pourquoi l'on recherche actuellement des mthodes plus sres. On pourrait par exemple tirer
parti du fait que les cellules ftales s'coulent dans le courant sanguin de la mre -- raison d'une cellule sur un million de cellules sanguines de la mre. En novembre 1996, les
scientifiques de l'Universit de Californie ont annonc qu'ils avaient russi isoler des
globules rouges ftaux immatures du courant sanguin de la mre, qui pourraient servir pour des tests gntiques.
II.1.6) Dpistage gntique de maladies
1. Prlvement de cellules de la personne.
2. Extraction de l'ADN des cellules.
3. L'ADN est coup en fragments bicatnaires.
4. lectrophorse en gel des fragments d'ADN.
-
5. Les morceaux d'ADN courts ont parcouru une plus grande distance dans le gel que les
fragments longs.
6. La membrane de nylon est place au-dessus du gel et absorbe l'ADN. Au cours du
processus, la double hlice d'ADN se droule en simples brins.
7. Ajout de sondes d'ADN radioactives.
-
8. La pellicule photographique dtecte l'ADN li aux sondes radioactives.
II.2) Les empreintes gntiques
La squence complte d'ADN d'une personne est compose de plus de trois milliards de
nuclotides. Bien que la squence soit identique dans une proportion de 99,9 p. 100 celle des
autres tres humains, il reste 0,1 p. 100, soit quelque trois millions de nuclotides, qui est
propre la personne en question. Par consquent, l'exception des jumeaux monozygotes,
dont les squences d'ADN sont pareilles, personne n'a exactement le mme ADN que son
voisin. Cette distinction gntique peut s'avrer un puissant outil pour identifier des
personnes, au mme titre que les empreintes digitales propres d'une personne. Comme
presque toutes les cellules du corps d'une personne contiennent la mme srie complte
d'ADN, l'ADN isol de sang sch, de sperme ou mme d'un cheveu retrouv sur les lieux
d'un crime peut tre compar l'chantillon d'ADN prlev d'un suspect et permet de prouver
si ce dernier tait prsent sur les lieux du crime, de la mme faon que le permettraient les
empreintes digitales.
Guy Paul Morin, de l'Ontario, au Canada, a t condamn tort pour meurtre, puis disculp
grce au test d'ADN plus de 10 ans plus tard.1 l'aide d'une procdure appele amplification
en chane par la polymrase (ACP), qui reproduit rapidement l'ADN, on peut analyser l'ADN
sur de minuscules quantits de tissus, ce qui rend la tche difficile au criminel qui veut faire
disparatre toute preuve des lieux d'un crime.
Les empreintes gntiques peuvent galement tre utilises dans les tests de paternit pour
identifier les parents biologiques d'un enfant ou la suite d'accidents graves, de catastrophes
ou de guerres pour identifier les morts. Cette puissante technologie n'est pas seulement utile
pour identifier les humains. Le Service canadien des forts en Colombie-Britannique met
actuellement au point des mthodes pour tablir les empreintes gntiques d'arbres
prcieux de sorte pouvoir les retracer en cas de vol.
II.2.1) Minisatellites
En thorie, on peut tablir les empreintes gntiques en squenant des gnomes entiers et en
les comparant pour voir s'ils correspondent. Mais il faudrait des annes pour dterminer la
squence exacte des trois milliards de nuclotides qui composent l'ADN d'une personne,
procdure qui serait par ailleurs extrmement coteuse. Heureusement, la diffrence entre les
gens se concentre dans des rgions particulires de leur ADN. Ces rgions, constitues de
courts segments de 15 nuclotides hautement rpts, s'appeles minisatellites.
-
L'emplacement et le nombre de rptitions de tout minisatellite particulier sont fort variables.
La probabilit que deux personnes sans liens familiaux aient un minisatellite possdant le
mme emplacement et le mme nombre de rptitions est d'environ 1 sur 10 milliards.
Lorsque plusieurs minisatellites sont analyss en mme temps, la probabilit diminue encore
et est toutes fins pratiques de zro. Il nous suffit donc de localiser certains de ces
minisatellites et d'en dterminer la longueur.
Celle-ci donne une indication du nombre de rptitions de la squence de 15 nuclotides.
La technique employe dans le dpistage gntique de maladies est similaire celle des
empreintes gntiques.
II.2.2) RFLP
Tout d'abord, l'ADN est dcoup l'aide d'enzymes appels endonuclases de restriction,
qui coupent l'ADN en des sites distinctifs. Comme l'emplacement de ces sites varie d'une
personne l'autre, il en sera de mme pour la longueur des fragments qui en rsultent. Dans
l'illustration ci-aprs, l'enzyme utilis, l'Eco R1, reconnat la squence GAATTC (sa squence
complmentaire CTTAAG correspond GAATTC l'envers!) et coupe entre le G et le
premier A.
Les fragments sont ensuite classs selon leur taille, puis incubs avec des sondes d'ADN. Les
sondes ont t conues de sorte se lier des minisatellites particuliers. En gnral, on utilise
simultanment cinq dix types de sondes qui reconnaissent diffrents minisatellites.
Lorsqu'une sonde se lie un fragment d'ADN, elle permet de le dceler.
On compare les fragments dtects des deux chantillons. Si les fragments sont tous de la
mme taille, on peut conclure que les deux chantillons proviennent du mme individu. Enfin,
on utilise des ordinateurs pour calculer la probabilit que cette correspondance soit le fruit
d'une pure concidence. Ce calcul peut tre trs compliqu, puisque la frquence de
diffrentes compositions d'ADN de diffrents gnes varie selon la population. En gnral, les
probabilits d'une telle concidence sont de 1 sur plusieurs milliards, ce qui fait des
empreintes gntiques une mthode d'identification des personnes extrmement fiable.
-
II.2.3) PUCE dADN : Des diagnostics immdiats
La puce mise au point par Affymetrix Santa Clara (Californie), la Genechip ou puce ADN
devrait bouleverser les mthodes de travail de tous ceux qui, un titre ou un autre, s'occupent
des questions de sant. Aprs-demain, ds demain peut-tre, ce petit bijou pas plus grand
qu'une bote d'allumettes qui combine les trouvailles des technologies de l'information et les
acquis des sciences de la vie permettra de diagnostiquer en un temps record, de quelques
heures quelques minutes, la prdisposition ou le dveloppement de maladies gntiques
chez des patients, de reprer l'volution prvisible de leurs fondamentaux hrditaires
(tendances l'obsit, calvitie, etc.) mais aussi de dtecter la prsence de virus dans l'eau,
dans l'air, dans les aliments, ou bien l'intrusion des fameux organismes gntiquement
modifis (OGM) dans les produits issus de l'industrie agroalimentaire. Le matriel de
fabrication de cet outil de rve ou de cauchemar ressemble grosso modo celui des classiques
semi-conducteurs de l'informatique, mais en lieu et place des circuits, les puces sont
graves avec du vivant, des morceaux d'ADN, le support du programme gntique
humain.
a) Fonctionnement des biopuces Les plus courantes utilisent les techniques de la photolithographie. La surface des puces ADN excde rarement quelques millimtres de ct avec un support en
verre ou en silicium. On y fixe, par raction chimique, des sondes, c'est--dire de courts
brins d'ADN dont on connat la squence (soit l'agencement particulier des quatre bases, A-T,
C-G).
On peut fixer des sondes synthtises l'avance ou, comme Affymetrix, les synthtiser in situ,
directement sur la puce. Il faut alors dposer les couches successives des quatre bases sur les
sites correspondant aux squences gntiques souhaites. La technique est celle de la
photolithographie: grce un masque on claire la zone activer alors que les autres sont
opaques. L'opration est rpte pour chaque base et autant de fois qu'il y a de sondes.
b) Le dveloppement des puces ADN dans l'avenir L'existence des biopuces renforce le processus d'industrialisation des outils de la biologie.
L'avance technologique est telle qu'on pourra bientt mettre le gnome entier d'un
mammifre sur une seule puce. Cela rend brutalement caducs les arguments rassurants qui
avaient cours dans les dbats biothiques, postulant qu'il tait impossible d'obtenir le profil
gntique complet d'un individu et qu'au pire, en cas de ralisation, le cot en serait bien trop
lev pour tre gnralis. Une fois de plus, comme pour le clonage, comme pour la
procration mdicalement assiste, la technique prend l'thique de court.
L'utilisation de ces outils en gntique humaine va amplifier une vision dterministe du tout
gntique selon laquelle nos prdispositions aux maladies communes (cancer, diabte,
maladies cardio-vasculaires...), notre faon de rpondre diffremment aux mdicaments, nos
troubles mtaboliques mais aussi nos comportements (sociaux, culturels, sexuels) ont un
fondement gntique. Tout se jouerait sur le 0,1 % de diffrence en squence que deux
humains ont entre eux. Les biopuces permettent de dterminer au moins l'essentiel, sinon la
totalit, de cette diffrence. La perspective semble exaltante : enfin des diagnostics et des
traitements la carte !
Or il n'est pas sr qu'il y ait des gnes majeurs dans ces maladies communes, les gnes de
susceptibilit ont un risque relatif trs faible et les mutations ont des variabilits de
pntrance. Vu la trs grande variabilit interindividuelle qui rsulte de l'interaction
permanente entre les trois domaines le terrain gntique, les facteurs pigntiques et les
facteurs dits environnementaux, rien ne dit que les biopuces puissent discerner des catgories
-
d'individus diffrentes et d'valuer de faon fiable un risque. La physiopathologie et la
pratique de la mdecine n'ont pas forcment gagner cette vision de la gntique.
La dfinition du profil gntique individuel va gnrer une masse d'informations, et l est bien
la question : comme pour les tests gntiques, dont certains sont inutiles et d'autres mal
interprts, que fera-t-on de cette information dmultiplie ? Comment va-t-on analyser les
rsultats, valuer leur utilit, leur porte ? Quelles seront les consquences de cette nouvelle
connaissance et les droits pour la personne et son entourage sur ces informations ? Ne risque
t-on pas de dvelopper des pratiques discriminatoires qui seront prsentes comme un lment
de mdecine prventive, autrement dit dans l'intrt de la personne ?
Ce dveloppement technique explosif ne fait qu'aggraver la question de la confidentialit des
donnes gntiques. Sans doute, en France, un cadre juridique existe, qui devrait permettre
d'empcher l'usage individuel de l'information gntique et interdire la ralisation de tests
prdictifs des fins de discrimination conomique ou sociale. Mais comme le souligne le
Conseil d'Etat (1) : Aprs la lutte contre les ingalits sociales, comment prvenir une prise
en compte dangereuse des ingalits biologiques ? C'est dans la mise en oeuvre des superbes
principes (droit la non-discrimination et la protection de la confidentialit des donnes
gntiques) que le bt blesse.
Quant au principe de confidentialit des donnes gntiques, il est sans doute reconnu par
l'article 7 de la Dclaration universelle sur le gnome humain et les droits de l'homme, mais
avec une porte trs relative, puisque l'article 9 prvoit que la loi peut limiter la confidentialit
pour des raisons imprieuses. L'Histoire nous l'a appris : les Etats ont une imagination sans
bornes pour dcouvrir ces raisons imprieuses.
II.3) Les marqueurs gntiques
Dans ce cours, le terme marqueur sera pris dans le sens de marqueur gntique, c'est--dire
qu'il sera toujours synonyme de locus marqueur. Un locus marqueur est un locus polymorphe
qui renseigne :
- sur le gnotype de l'individu qui le porte ; c'est ce titre que les marqueurs sont utiliss en
gntique des populations ;
. - sur le gnotype d'un (de) locus voisin(s) ; les applications vont ici du clonage positionnel
la slection assiste par marqueurs.
Les plus courants de ces marqueurs gntiques sont, selon une terminologie consacre, les
marqueurs morphologiques, les marqueurs molculaires (au niveau de l'ADN) et les
marqueurs biochimiques (isozymes, protines). Ce dernier terme est malheureusement
ambigu, puisqu'il dsigne dans d'autres contextes des molcules dont la prsence indique un
stade de diffrenciation ou un tat physiologique. Nous ne l'emploierons ici que dans
l'acception gntique.
Nous supposerons connus les grands principes de l'analyse des isozymes, et traiterons
essentiellement des marqueurs molculaires. Les marqueurs issus de l'lectrophorse
bidimensionnelle des protines (EBD) seront toutefois voqus.
Qu'est-ce qu'un bon marqueur gntique ?
Un marqueur gntique idal est :
- polymorphe : la matire premire du gnticien est la variabilit ;
- multialllique ;
- codominant : l'htrozygote prsente simultanment les caractres des deux parents
homozygotes ; il peut donc tre distingu de chacun des homozygotes parentaux ;
-
- non pistatique : son gnotype peut tre lu partir de son phnotype quel que soit le
gnotype aux autres locus. La codominance et la non-pistasie peuvent tre respectivement
dfinies comme l'absence d'interactions intra et interlocus ;
II.3.1) Les Marqueurs molculaires
- neutre : les substitutions allliques au locus marqueur n'ont pas d'autres effets
phnotypiques (et donc ventuellement slectifs) que ceux qui permettent de dterminer son
gnotype. Dans leur trs grande majorit, les polymorphismes molculaires sont neutres ;
- insensible au milieu : le gnotype peut tre infr partir du phnotype quel que soit le
milieu.
Les marqueurs morphologiques rpondent mal ces critres. Peu polymorphes, en gnral
dominants, ils interfrent souvent avec d'autres caractres, et peuvent tre influencs par le
milieu. En outre, mme s'ils sont trs nombreux chez certaines espces (plusieurs centaines
chez le riz ou le mas), peu d'entre eux peuvent tre conjointement polymorphes dans une
descendance donne.
En revanche les marqueurs biochimiques ou molculaires ont, pour la plupart, toutes ces
qualits. Les limitations majeures des isozymes sont le faible nombre de locus susceptibles
d'tre rvls (rarement plus de 30 40 locus chez le riz et le mas, et tous ne sont pas
polymorphes dans un fonds gntique donn), et le fait qu'il y ait une certaine spcificit
d'organe : tous les enzymes ne sont pas prsents ou actifs dans tous les organes. Les protines
polymorphes rvles en EBD peuvent tre plus nombreuses, mais dpendent galement de
l'organe considr. Au contraire, les marqueurs au niveau de l'ADN sont en nombre
quasiment illimit et sont indpendants du stade ou de l'organe analys, puisque l'ADN est le
mme dans tous les tissus. De plus ils ont l'avantage d'tre plus directement utilisables pour
les applications ultrieures en biologie molculaire.
Caractristiques
Selon Bretting et Widrlechner (1995), les conditions idales d'un marqueur gntique sont les
suivantes:
tre polymorphe, afin de pouvoir facilement diffrencier les individus ou les lignes ;
tre relativement neutre, que ce soit au niveau de la valeur du caractre tudi que de
la valeur slective ;
tre codominant, afin de pouvoir distinguer les htrozygotes des homozygotes ;
tre un caractre mendlien hrdit simple
ne pas tre pliotropique ou pistatique
tre dispers le long du gnome
ne pas tre li un autre marqueur
tre stable quel que soit le stade du dveloppement
ne pas avoir d'impact sur la croissance ou la reproduction sexue
tre facilement observable, sans ambigut possible
tre peu coteux
a) Les variations nuclotidiques frquentes
Les SNP (single nuclotide polymorphisme). Les SNP sont des mutations faux-sens
non ponctuelles retrouvs sur la squence nuclotidique de l'ADN (dans les rgions
introniques et exoniques). La diffrence entre les SNP et les mutations faux-sens, rside
-
dans le fait que la substitution entrane ou non un changement de l'acide amin et que cette
variation est trs frquente dans la population. Il est important de retenir que les SNP
expriment une variabilit intra-population.
- Les squences rptes. Les gnes humains sont noys au milieu d'une masse considrable
de squences d'ADN rptes. Une manire de classer les types de squences d'ADN rptes
est de considrer
b) Les marqueurs de squences d'ADN rptes en tandem
Les marqueurs rpts en tandem sont utiliss pour lanalyse de liaison gntique (Schuler et al. 1996, Vance et al. 1998). Les premiers marqueurs utiliss taient reprsents
par des polymorphismes de restriction ou RFLP (Restriction fragment length polymorphisms)
(Kan et al. 1978, Botstein et al. 1980). Ils reposent sur le fait que le changement d'une paire de
base peut crer ou liminer le site de coupure d'une enzyme de restriction. La digestion par
l'enzyme de restriction rvle donc les diffrences existantes entre les individus. Cette
mthode, longue et fastidieuse a t utilise avec succs dans la maladie de Huntington
(Gusella et al. 1983).
Par la suite, l'identification en 1985 des mutations de rptition ou VNTR (Variable
Number of Tandem Repeats) a permis de dtecter un pourcentage d'htrozygotie beaucoup
plus lev que celui des RFLP (Nakamura et al. 1987). Les VNTR sont dus des diffrences
dans le nombre de copies de squences rptes en tandem, dont le motif de base est
suprieur 10 nuclotides. Ils se sont rvls trs intressants par leur localisation disperse
sur plusieurs chromosomes et par leur haut degr de variation. Ils sont cependant largement
supplants prsent par une autre catgorie de mutations de rptition, o le motif de base
rpte en tandem est plus court (1 5 nuclotides) : ce sont les microsatellites ou STR
(Short Tandem Repeats). Les plus frquents et les plus tudis sont les microsatellites 2
nuclotides (CA)n et (GT)n dont la variation consiste en une srie dallles de taille comprise entre 24 et 80 paires de bases (Weber 1990). Ils sont remarquablement abondants (25 000
130 000 sur lensemble du gnome humain) et uniformment distribus sur les chromosomes, avec un exemplaire tous les 25 100 kb dADN gnomique. La dernire carte tablie par le Gnthon fait tat de 5264 microsatellites de type (CA)n rpertoris et localiss de faon trs
prcise sur les chromosomes (Dib et al. 1996). D'autres microsatellites largement utiliss sont
constitus de rptitions de motifs de 4 paires de bases le plus souvent de type (GATA)n (Edwards et al. 1991). Ils proviennent pour la majorit du "Cooperative Human Linkage
Center" (CHLC).
c) Les marqueurs de squences d'ADN rptes disperses
Dans un objectif de synthse des connaissances acquises sur ces squences d'ADN
rptes disperses, nous ne dcrirons que les deux familles les plus reprsentatives.
Le premier type de squence rpte disperse appartient la catgorie des SINEs
(Short INterspersed Elements), l'archtype tant constitu par la famille Alu. Cette famille est
reprsente par plusieurs centaines de milliers de copies par gnome haplode. Elles sont
prsentes dans l'ensemble du gnome, avec en moyenne une copie Alu tous les 5 kpb. Il s'agit
de squences rptes courtes (environ 300 pb) ayant probablement pour anctre volutif un
petit ARN. Les lments Alu ont une structure dimrique et sont insrs dans le gnome avec
duplication du site d'insertion (quelques nuclotides). Ils se terminent par une queue riche en
rsidus dsoxy-adnyliques (dA) leur extrmit 3'. Dans 5 10% des cas, ils sont associs
des microsatellites (de types di, tri ou ttranuclotides). Il s'agit d'lments rtrotransposables,
-
ou mobiles, ce qui en fait une source considrable de polymorphisme potentiel pour le
gnome humain. Leur frquence et leur caractre rptitif permettent parfois des vnements
de recombinaison illgitime intrachromosomique conduisant des dltions, avec ou sans
consquence phnotypique. Parfois les lments Alu qui sont prsents dans les introns sont
transcrits en mme temps que les exons des gnes o ils rsident. Leur analogie de structure
avec les petits ARN explique qu'ils contiennent parfois les lments promoteurs internes, ce
qui les rend transcriptibles galement par l'ARN polymrase III. D'o leur tendance se
rpandre dans le gnome comme des rtropseudognes par transcription inverse partir
d'ARN et insertion de l'ADNc ainsi form.
Le second type de squences rptes disperses appartient la catgorie des LINEs
(Long INterspersed Elements). Il s'agit de la famille L1Hs (Hs pour homo sapiens). Cette
fois-ci, les lments dans leur version la plus longue reprsentent environ 7 kb. Plus de 100
000 copies par gnome humain sont dtectables et apparatraient au cours de la transcription
inverse de l'ARN en ADNc. Beaucoup des caractristiques des squences Alu peuvent tre
rptes leur propos (queue poly dA, duplication du site d'insertion). Mais la diffrence
des lments Alu, ils comportent deux longues phases ouvertes de lecture qui codent
apparemment