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 : info@crieafrique.net

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.

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.

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

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.

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

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

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.

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

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.

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.

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.

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

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).

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 :

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

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