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Vidéo de la leçon : Troubles Héréditaires Biologie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à utiliser des tableaux de croisements génétiques qui permettent de prédire les probabilités que la descendance hérite de troubles récessifs ou dominants.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons découvrir ce que sont les troubles héréditaires, en quoi ils diffèrent des autres causes de maladie, comment ils sont transmis et comment prédire les chances qu’un individu hérite d’un trouble en fonction de son patrimoine génétique. Et nous travaillerons également sur quelques exemples de problèmes.

Commençons par définir au sens large du terme ce qu’est ou n’est pas un trouble héréditaire. Un trouble est une condition anormale qui perturbe le fonctionnement normal, et ces troubles peuvent être causés par une maladie sous-jacente ou par des conditions environnementales et sociales. Voici quelques causes plus spécifiques de ces maladies. Les agents pathogènes tels que certaines bactéries, les virus et autres qui peuvent causer des maladies infectieuses entraînent souvent des troubles de certains systèmes d’organes, comme un virus qui perturbe le fonctionnement de notre système respiratoire. Notre système immunitaire peut réagir contre des substances inoffensives de notre environnement, provoquant des allergies telles que le rhume des foins, ou contre des éléments de notre propre corps, conduisant à une réponse auto-immune telle que dans la maladie de Lupus.

Les parasites tels que les tiques peuvent transporter des agents infectieux, tel est le cas dans la fièvre pourprée des Montagnes Rocheuses, et ils peuvent également affaiblir ou endommager leur hôte. Les produits chimiques et les radiations nocives présents dans l’environnement peuvent également causer des troubles, ainsi que le manque de ressources ou le stress. Les maladies peuvent également être causés par des modifications du génome de l’individu, telle qu’une mutation de l’ADN comme celle qui conduit à la drépanocytose ou une structure chromosomique anormale comme celle qui conduit à la Trisomie 21. Et il y a beaucoup d’interactions entre ces facteurs de causalité, tels que l’information génétique dans nos gènes et nos allèles, qui peut nous prédisposer aux effets de tous ou certains de ces autres facteurs.

Les stress environnementaux peuvent de même prédisposer les individus à d’autres facteurs de causalité et peuvent même favoriser des mutations qui conduisent à un fonctionnement anormal, comme un cancer ou une maladie héréditaire. Nous avons déjà noté que certains parasites peuvent être porteurs d’agents infectieux, et que les agents pathogènes viraux peuvent causer des changements génétiques, induisant une plus grande sensibilité aux effets d’autres facteurs. Il existe d’autres causes de maladies et davantage d’interactions entre ces causes, et celles-ci ne sont pas clairement établies. Mais dans cette vidéo, nous allons limiter notre champ d’étude à la manière dont certains allèles de notre ADN entraînent des troubles héréditaires.

Tout d’abord, passons en revue la transmission de l’information génétique, qui consiste à transmettre des molécules d’ADN d’une génération à l’autre. Pour ce faire, les molécules d’ADN forment des structures appelées les chromosomes ; les humains en possèdent 23 paires. Les gènes sont des sections de molécules d’ADN codant généralement pour des protéines, qui définissent nos caractéristiques physiques. Et chacun d’entre eux est situé au même endroit sur un chromosome donné pour des individus de la même espèce. Mais un même gène n’a pas forcément un code génétique identique entre individus. Et c’est pourquoi les individus d’une même espèce ont les mêmes caractéristiques générales, comme celle d’avoir deux yeux à l’avant de la tête chez les humains, tout en pouvant quand même avoir des traits différents, tels que des yeux de couleur différente. Ces différentes versions d’un même gène sont appelées allèles, et ils sont généralement représentés par des lettres majuscules ou minuscules.

Dans cet exemple, G majuscule représente un allèle dominant qui code pour les yeux verts, et le g minuscule représente un allèle récessif qui code pour les yeux bleus. Ensuite, les molécules d’ADN crées des copies identiques d’elles-mêmes, produisant des chromosomes répliqués qui sont généralement de forme X et conservent les mêmes informations de chaque côté. Et les futurs parents utilisent un processus de division cellulaire spécialisé appelé méiose pour fabriquer des gamètes, les ovules et les spermatozoïdes, dans lesquelles sont distribuée la moitié des chromosomes. Voyons comment cela se produit. Nous avons ici les chromosomes à l’intérieur des cellules de chacun des futurs parents. Mais ici, au lieu de mettre les 23 paires habituelles de chromosomes dans nos schémas cellulaires simplifiés, nous n’en mettrons qu’une seule. Nos chromosomes s’organisent par paires puisque nous obtenons un chromosome de chaque paire des deux parents, ce qui signifie qu’il nous manque encore un autre chromosome répliqué à chacune de ces cellules.

Maintenant, chacun des schémas cellulaires des futurs parents contient une paire de chromosomes, un de leur mère et un de leur père, qui ont les mêmes gènes aux mêmes endroits, bien que les allèles eux aient quelques différences. Le futur père a hérité ici des allèles récessifs en minuscule g de ses deux parents, tandis que la future mère a hérité d’un allèle dominant en majuscule G de l’un de ses parents et d’un allèle récessif en minuscule g de son autre parent. Nous pouvons à présent énumérer les lettres représentant les allèles hérités par chaque parent comme génotypes du gène de la couleur des yeux. Ainsi, la future mère aura un G majuscule et un g minuscule, tandis que le génotype du père aura deux g minuscules. Et nous pouvons également écrire leur phénotype ou caractère physique exprimé par cette combinaison d’allèles.

Maintenant, ces cellules se divisent, et nous pouvons nous apercevoir que les chromosomes se séparent en moitiés similaires mais non identiques. Chaque chromosome issu d’une paire est séparé de l’autre, et pour les humains, cela se produit pour 23 paires. Ces cellules se divisent à nouveau, ainsi que le chromosome répliqué de chacune d’entre elles, produisant quatre cellules qui deviendront des gamètes. Si ces cellules de sperme et d’ovule s’unissent dans le processus de fécondation, la première cellule du bébé sera produite, et son génotype sera G majuscule et g minuscule. Les majuscules, comme ce G majuscule ici, représentent les allèles dominants, et les allèles sont dits dominants si une seule copie suffit pour exprimer ce caractère. Et les lettres minuscules, comme ce g minuscule ici, représentent des allèles récessifs. Pour que le caractère d’un allèle récessif soit exprimé, il faut avoir les deux copies de cet allèle.

Alors, quel sera le phénotype ou le caractère physique du bébé sachant que son génotype est G majuscule et g minuscule? Et bien, le bébé a une copie de l’allèle dominant G majuscule qui code pour les yeux verts, donc les yeux du bébé devraient être verts. Le bébé a également une copie de l’allèle récessif g minuscule qui code pour les yeux bleus. Mais le bébé n’aura pas les yeux bleus car les deux copies de cet allèle sont nécessaires pour exprimer ce caractère. Mais c’est pourquoi le père qui a les deux allèles g minuscules a les yeux bleus. Ainsi, le phénotype du génotype G majuscule et g minuscule est des yeux de couleur verte. Mais qu’en est-il si le génotype était G majuscule G majuscule? Alors, quel serait le phénotype? Puisqu’une copie d’un allèle dominant est suffisante pour que ce caractère apparaisse ou soit exprimé, deux copies sont largement suffisantes, et le phénotype sera toujours les yeux verts.

Maintenant, nous sommes prêts à modéliser la transmission des allèles qui peut entraîner des troubles et à prédire la probabilité qu’un individu hérite d’une maladie en fonction du génotype de ses parents. Voyons d’abord l’hérédité des allèles récessifs qui peuvent entraîner une maladie, et nous utiliserons l’exemple de la mucoviscidose (ou Fibrose Kystique, FK) qui provoque une obstruction progressive des alvéoles dans les poumons et peut entraîner une mort précoce. Le gène qui peut causer la mucoviscidose est situé sur la paire de chromosomes numéro sept. Nous allons utiliser le symbole F majuscule pour représenter l’allèle sain dominant de ce gène et f minuscule pour représenter l’allèle récessif qui code pour une protéine dysfonctionnelle provoquant systématiquement l’accumulation de mucus et d’autres fluides dans les organes touchés.

Notre objectif sera de calculer la probabilité d’hériter de chaque génotype et phénotype possible pour les descendants nés de parents dont le génotype est F majuscule f minuscule. Les génotypes possibles sont F majuscule et F majuscule, F majuscule et f minuscule, et f minuscule et f minuscule. Mais apprenons quelques mots de vocabulaire pour ces génotypes, afin de ne pas avoir à répéter trop souvent F majuscule et f minuscule. Nous pouvons utiliser le terme homozygote dominant pour F majuscule et F majuscule. Le préfixe homo- signifie même et le mot « dominant » désigne la majuscule. Et nous en avons deux avec les mêmes lettres majuscules, c’est donc logique. Le préfixe hétéro- dans le terme hétérozygote signifie différent, ce qui correspond à des génotypes qui ont à la fois une majuscule et une minuscule. Et le terme récessif homozygote signifie les deux mêmes allèles récessifs.

Nous utiliserons un tableau appelé grille de Punnett pour résoudre ce problème, et nous noterons les étapes pour remplir la grille de Punnett ici. La première étape consiste à écrire le génotype des gamètes à l’extérieur de la grille de Punnett. Maintenant, nous avons les gamètes à l'extérieur de la grille de Punnett, et aussi le génotype de chacun des parents à l'extérieur de la grille de Punnett. Ainsi, les parents sont tous deux capables de produire des gamètes avec l’allèle normal dominant F, ainsi que des gamètes avec l’allèle récessif f minuscule causant la maladie. Dans la deuxième étape, nous commençons à établir les génotypes possibles de la descendance en copiant le génotype des gamètes du haut vers les plus petites cases en-dessous. Et à la troisième étape, nous complétons les génotypes de la descendance en faisant passer le génotype des gamètes de gauche vers les cases de droite.

La règle est de commencer par écrire les allèles dominants dans les génotypes. D’ailleurs, vous pouvez faire les étapes deux et trois dans l’ordre que vous voulez; cela n’a pas d’importance. Et le type de gamète sur le dessus ou le côté de la grille de Punnett n’a pas d’importance non plus. Nous avons donc terminé la grille de Punnett. Il est temps de passer au calcul des probabilités d’hériter des différents génotypes.

L’une des quatre cases de la grille de Punnett contient le génotype dominant homozygote. Nous pouvons écrire cela sous forme de fraction en écrivant une case homozygote dominant sur la totalité des quatre des cases de la grille de Punnett. Deux des quatre cases contiennent le génotype hétérozygote, nous pouvons donc écrire cette fraction comme deux sur quatre. Et nous pouvons simplifier cette fraction en divisant le numérateur et le dénominateur par deux, ce qui nous donne un demi. Et l’une des quatre cases est occupée par le génotype récessif homozygote, nous pouvons donc écrire encore une fois la fraction un quart. Les probabilités sont également souvent exprimées en pourcentages, nous devrions donc également les calculer. Pour ce faire, vous devez d’abord diviser chaque numérateur par son dénominateur, puis multiplier par 100 pour cent.

On peut donc dire que tout enfant né de ce couple aura un quart ou 25 pour cent de chances d’hériter du génotype dominant homozygote, un demi ou 50 pour cent de chances d’hériter du génotype hétérozygote, et un quart ou 25 pour cent de chances d’hériter du génotype récessif homozygote.

Maintenant, nous devons déterminer les phénotypes pour chacun de ces génotypes. L’allèle sain ici est dominant, donc avoir un ou deux de ces allèles conduira à un phénotype sain, l’individu ne sera donc pas atteint de la mucoviscidose. En utilisant la même logique pour le génotype hétérozygote, un seul allèle dominant suffit pour ne pas être malade, ce qui signifie encore une fois l’absence de mucoviscidose. Mais ces personnes seront porteuses, ce qui signifie qu’elles peuvent transmettre cet allèle responsable de la maladie à leur descendance. L’allèle responsable de la maladie de la mucoviscidose est récessif.

Pour exprimer un caractère récessif, vous devez avoir les deux copies de l’allèle récessif, ce que possèdent les individus récessifs homozygotes Donc, leur phénotype est altéré, et ils ont bien la mucoviscidose. Ainsi, tout enfant né de ce couple aura 25 pour cent de chances de ne pas être malade et de ne pas être porteur, 50 pour cent de chance de ne pas être affecté par la mucoviscidose et d’être porteur, et il aura 25 pour cent de chances d’être affecté par la mucoviscidose.

Maintenant, voyons l’hérédité des troubles causés par un ou plusieurs allèles dominants. Et nous allons utiliser l’exemple de la maladie de Huntington ou MH. Dans la maladie de Huntington, l’allèle sain est récessif ; nous allons le représenter en h minuscule. L’allèle causant la maladie est dominant et nous utiliserons le H majuscule pour le représenter. Nous voulons toujours calculer la probabilité d’hériter de chaque génotype et phénotype possible chez toute descendance de parents ayant les génotypes hétérozygotes et homozygotes récessifs.

La première étape de la grille de Punnett est d’énumérer le génotype des gamètes à l’extérieur, que nous obtenons à partir du génotype des parents. La mère peut produire des ovules avec soit un allèle dominant responsable de la maladie, soit un allèle récessif normal, tandis que le père ne produit des spermatozoïdes qu’avec l’allèle récessif normal. Dans la deuxième étape, nous copions le génotype des gamètes du haut de la grille de Punnett vers les plus petites cases en-dessous. Et à la troisième étape, nous copions le génotype des gamètes de gauche vers les cases de droite.

Nous avons terminé notre grille de Punnett, alors allons-y et calculons la probabilité d’hériter de chaque génotype possible. Il n’est pas possible pour ce couple d’avoir une descendance homozygote dominante, donc la probabilité que cela se produise sera simplement zéro. Deux des quatre cases contiennent le génotype hétérozygote, tandis que les deux autres cases contiennent le génotype récessif homozygote. Donc, pour ceux-ci, nous pouvons écrire la fraction de deux sur quatre. La fraction deux sur quatre peut être simplifiée en divisant le numérateur et le dénominateur par deux, ce qui nous donne un demi pour chacun. Pour calculer les pourcentages, divisez le numérateur par le dénominateur, ce qui nous donne 0.5, et multipliez par 100 pour cent. Ainsi, la chance que tout enfant né de ce couple hérite du génotype dominant homozygote est de zéro, tandis que la chance d’hériter du génotype hétérozygote est de moitié ou de 50 pour cent. Et c’est pareil pour le génotype récessif homozygote.

L’allèle qui cause la maladie de Huntington est dominant, vous n’avez donc besoin que d’un seul de ces allèles pour être affecté par la maladie. Et par conséquent, toute personne ayant un génotype homozygote dominant ou hétérozygote sera malade. Le seul génotype sain dans un trouble dominant est le génotype récessif homozygote. Ainsi, tout enfant né de ce couple a 50 pour cent de chances d’être atteint de la maladie de Huntington et 50 pour cent de chances de ne pas l’être. Puisque les génotypes homozygotes dominants et hétérozygotes conduisent tous deux à des phénotypes alternatifs, ceux-ci devront être additionnés lorsque vous calculez la probabilité du phénotype alternatif.

Passons maintenant en revue quelques points essentiels de cette vidéo. Voici quelques instructions sur la façon de compléter et d’analyser une grille de Punnett pour les troubles génétiques.

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