L'hérédité humaine

Qu'est-ce qu'un caractère héréditaire ?

Les humains partagent des caractères de leur espèce et présentent des variations individuelles. Le groupe sanguin ABO est un exemple de caractère à transmission génétique étudié au collège. Une cicatrice acquise après une blessure n'est pas transmise comme telle à un enfant. La couleur de la peau comporte une composante héréditaire, mais le bronzage lié à une exposition n'est pas hérité de cette manière.

Où se trouve l'information génétique dans une cellule ?

Dans une cellule humaine nucléée, la plus grande partie de l'information génétique se trouve dans le noyau. Elle est portée par l'ADN organisé en chromosomes. Au moment où une cellule se prépare à se diviser, les chromosomes deviennent suffisamment condensés pour être observés avec les techniques adaptées.

Que montre une expérience de transfert de noyau ?

Dans un modèle de clonage chez un mammifère, on place le noyau d'une cellule d'un animal A dans un ovocyte de B dont on a retiré le noyau. Après développement précoce, l'embryon est placé dans l'utérus d'une femelle C. L'animal obtenu possède essentiellement le patrimoine génétique nucléaire de A. Cette comparaison soutient la localisation de l'information génétique dans le noyau. L'animal B apporte l'ovocyte et C assure la gestation : les trois rôles sont distincts.

La brebis Dolly est un exemple historique de clonage par transfert nucléaire, née en 1996. Un clone n'est pas une copie de tous les souvenirs, comportements et conditions de vie de l'animal donneur. L'environnement influence son développement et l'ovocyte apporte notamment ses mitochondries. On retient au collège la contribution majeure du noyau, sans affirmer que tout l'ADN cellulaire se trouve exclusivement dans le noyau.

Un autre principe de clonage consiste à séparer des cellules d'un embryon très précoce pour permettre des développements distincts. Il ne part pas du noyau d'une cellule adulte spécialisée. La comparaison porte sur le point de départ : cellules d'un jeune embryon dans un cas, noyau transféré dans un ovocyte énucléé dans l'autre. Les vrais jumeaux proviennent naturellement de la séparation d'un même embryon précoce ; des faux jumeaux proviennent de deux fécondations distinctes.

Comment lire un caryotype humain ?

Le caryotype humain habituel d'une cellule du corps nucléée comporte 46 chromosomes : 22 paires d'autosomes et une paire de chromosomes sexuels. Dans le modèle courant, cette dernière est XX chez une fille et XY chez un garçon. X et Y ne sont pas identiques. Une paire d'autosomes réunit un chromosome reçu de la mère et un reçu du père, portant les mêmes gènes aux mêmes emplacements, mais pas nécessairement les mêmes allèles.

Les 22 paires identiques chez les deux sexes sont les autosomes ; la 23e paire, XX ou XY, forme les chromosomes sexuels, appelés aussi gonosomes. L'ensemble des gènes portés par tous les chromosomes d'une cellule constitue le génome, c'est-à-dire son information génétique complète.

Quelle différence entre un gène et un allèle ?

Un individu dont les deux allèles sont identiques, comme AA ou OO, est dit homozygote pour ce gène ; un individu dont les deux allèles diffèrent, comme AO, est dit hétérozygote. L'allèle qui s'exprime chez un hétérozygote est dominant ; celui qui ne s'exprime pas est récessif, ou non dominant.

Une comparaison utile est celle d'une bibliothèque : le noyau contient les volumes, les chromosomes ; chaque volume porte de nombreuses informations, les gènes ; une information peut exister sous différentes versions, les allèles. Cette image aide à distinguer les niveaux, mais un gène réel est une portion d'ADN, pas un mot écrit dans un livre.

Comment les chromosomes se transmettent-ils aux enfants ?

Lors d'une division ordinaire, l'ADN est d'abord copié puis réparti entre les cellules filles : le nombre de chromosomes et l'information sont normalement conservés. La formation des gamètes comprend une division particulière, la méiose, qui réduit le nombre de chromosomes. On en retient ici le bilan : chaque gamète humain possède habituellement 23 chromosomes, un exemplaire de chaque paire.

La fécondation réunit les deux lots : $23+23=46$ chromosomes dans la cellule-œuf, $23$ venant du spermatozoïde et $23$ du gamète femelle. L'enfant reçoit donc une contribution nucléaire des deux parents. Des gamètes différents peuvent transmettre des combinaisons différentes : des frères et sœurs ne sont pas nécessairement identiques.

Voir l’image en grand

Comment expliquer XX et XY dans le modèle scolaire ?

Dans le modèle courant, le gamète femelle apporte X et le spermatozoïde apporte X ou Y. La rencontre est aléatoire : il ne s'agit pas d'un choix volontaire des parents. Ce tableau décrit un modèle chromosomique habituel ; il ne résume pas à lui seul toute la diversité du développement sexuel humain.

Tous les gamètes femelles portent un chromosome X ; la moitié des spermatozoïdes portent un X et l'autre moitié un Y. À chaque fécondation, la probabilité d'une fille XX ou d'un garçon XY est donc de $\frac{1}{2}$. Le sexe génétique est fixé dès la formation de la cellule-œuf.

Comment expliquer les groupes sanguins ABO ?

Pour ce modèle, on note les allèles A, B et O. Un individu possède habituellement deux allèles du gène considéré, un de chaque parent. A et B s'expriment tous deux lorsqu'ils sont réunis : ils sont codominants. A et B dominent chacun O dans le modèle ABO. Le mot dominant décrit l'expression d'un caractère, sans signifier « meilleur » ou « plus fréquent ».

Comment exploiter un arbre généalogique ?

Voir l’image en grand

Un arbre généalogique représente les membres d'une famille et le caractère étudié. Dans la convention courante, carré et cercle différencient les sexes représentés ; un symbole rempli indique la présence du caractère selon la légende. Les générations sont souvent notées I, II, III et les individus numérotés. Il faut lire la légende : un symbole vide peut signifier « ne présente pas le caractère », mais pas forcément « ne porte aucun allèle associé ».

Un exemple de transmission autosomique récessive

Dans un modèle à un gène, notons N l'allèle dominant et m un allèle récessif associé à un caractère étudié. Deux parents Nm ne présentent pas ce caractère récessif mais peuvent transmettre m. Leurs gamètes peuvent former NN, Nm, mN ou mm. La combinaison mm est alors possible avec une probabilité de $\frac{1}{4}$. On parle d'autosomique si le gène étudié est porté par un chromosome non sexuel. L'albinisme, absence de pigment dans la peau, les cheveux et les yeux, est un exemple de caractère héréditaire transmis de cette façon.

Un exemple de transmission liée au chromosome X

Pour certaines formes de daltonisme étudiées dans un modèle simple, on note Xᴰ l'allèle de vision habituelle et Xᵈ l'allèle associé. Une mère XᴰXᵈ peut transmettre l'un ou l'autre X ; un père XᴰY transmet Xᴰ ou Y. Les combinaisons possibles sont XᴰXᴰ, XᴰXᵈ, XᴰY et XᵈY. Le garçon XᵈY exprime le caractère étudié, car son chromosome Y ne porte pas l'allèle correspondant qui le masquerait dans ce modèle. Le père transmet son Y à ses fils, pas son X. L'hémophilie, une maladie de la coagulation du sang, se transmet aussi selon ce mode lié au chromosome X : elle touche surtout des garçons.

Consanguinité, maladie héréditaire et trisomie : que distinguer ?

Deux personnes apparentées ont davantage de chances de partager certains allèles hérités d'un ancêtre commun. Leur union augmente donc le risque de réunir deux copies d'un même allèle récessif responsable de certaines maladies. Cela n'entraîne pas systématiquement une maladie chez leurs enfants. On explique un mécanisme de probabilité, sans porter de jugement sur les personnes ou les familles.

Dans la forme libre complète de la trisomie 21, les cellules possèdent trois chromosomes 21 au lieu de deux, et habituellement 47 chromosomes au total. Cette situation peut résulter d'une mauvaise répartition des chromosomes pendant la formation d'un gamète. Toutes les trisomies 21 ne sont pas héritées d'un parent : la plupart apparaissent de façon nouvelle. Certaines autres formes impliquent une translocation ; l'observation d'un document doit donc rester précise. Le risque de trisomie 21 augmente avec l'âge de la mère ; un caryotype réalisé pendant la grossesse permet de la détecter.

Une maladie génétique peut être héréditaire, mais « génétique » et « transmis par un parent atteint » ne sont pas synonymes. Des parents sans symptômes peuvent porter des allèles récessifs. Une variation nouvelle peut aussi apparaître. Les modèles de ce cours servent à comprendre des documents ; l'évaluation d'un risque réel relève d'un professionnel compétent.