Hérédité humaine

Chez l'être humain, on ne fait pas d'expériences de croisement : on étudie la transmission des caractères grâce aux arbres généalogiques, aux caryotypes et à l'analyse de l'ADN, puis on calcule les risques pour les futurs enfants.

Objectifs

Expliquer pourquoi l'étude de l'hérédité humaine est difficile et quels outils on utilise.
Lire et analyser un arbre généalogique : allèle dominant ou récessif, gène autosomal ou lié au sexe.
Étudier quelques exemples : drépanocytose, groupes sanguins ABO, hémophilie.
Expliquer une anomalie chromosomique comme la trisomie 21 à partir du caryotype.
Calculer un risque génétique et comprendre le rôle du conseil génétique.

1. Pourquoi l'hérédité humaine est difficile à étudier

Notions clés

On ne peut pas réaliser de croisements expérimentaux chez l'humain (raisons éthiques).
Les familles ont peu d'enfants : les proportions théoriques (\(\frac{1}{4}\), \(\frac{1}{2}\)) s'observent mal.
Une génération dure environ 25 à 30 ans : on ne peut pas suivre plusieurs générations soi-même.
Les outils utilisés : l'arbre généalogique (ou pedigree), le caryotype (photo classée des chromosomes), l'électrophorèse des protéines et l'analyse de l'ADN.

Les symboles d'un arbre généalogique

Un carré représente un homme, un cercle une femme ; un symbole plein désigne une personne atteinte ; un cercle avec un point central désigne une femme conductrice (porteuse saine d'un allèle lié à X) ; un trait horizontal relie les parents. Place chaque nom sur le bon symbole :

2. Analyser un arbre : dominant ou récessif ?

Notions clés

Un allèle dominant s'exprime dès qu'il est présent en un seul exemplaire. Un allèle récessif ne s'exprime que s'il est présent en deux exemplaires (individu homozygote).
Allèle récessif : deux parents sains peuvent avoir un enfant atteint ; les parents sont alors forcément hétérozygotes (porteurs sains).
Allèle dominant : tout malade a au moins un parent malade ; deux parents sains n'ont que des enfants sains.
Gène autosomal (porté par un chromosome non sexuel) : garçons et filles sont touchés de la même façon.
Gène lié à X, récessif : les garçons sont bien plus souvent atteints ; une fille malade a forcément un père malade.

Exemple résolu 1 : l'arbre de la famille d'Aïcha

Génération I : le père (I-1) et la mère (I-2) sont sains.

Génération II : ils ont trois enfants, dont une fille malade (II-1).

Des parents sains ont un enfant malade : l'allèle est récessif et les deux parents sont porteurs sains.

Dominant ou récessif ? I-1 et I-2 sont sains mais ont une fille malade : l'allèle responsable était présent chez les parents sans s'exprimer. Il est donc récessif.

Autosomal ou lié à X ? Si le gène était porté par X, la fille malade II-1 serait \(X^{s}X^{s}\) et aurait reçu un \(X^{s}\) de son père, qui serait \(X^{s}Y\), donc malade. Or le père est sain : le gène n'est pas lié à X. Il est autosomal.

Génotypes : en notant A l'allèle normal et S l'allèle malade, II-1 est \(\mathrm{S//S}\), et les parents sont \(\mathrm{A//S}\).

Deux parents atteints d'une maladie ont un enfant sain. Que peut-on conclure ?

L'allèle de la maladie est récessif.
L'allèle de la maladie est dominant.
On ne peut rien conclure.

Si la maladie était récessive, les deux parents malades seraient homozygotes et n'auraient que des enfants malades. Un enfant sain prouve que les parents portaient chacun un allèle normal caché : l'allèle de la maladie est dominant.

3. Exemples de transmission autosomale

La drépanocytose : une maladie récessive

La drépanocytose est due à une mutation du gène de la chaîne bêta de l'hémoglobine, porté par le chromosome 11. Un seul acide aminé change dans la protéine (l'acide glutamique en position 6 est remplacé par la valine). L'hémoglobine S forme des fibres quand le sang manque d'oxygène, et les globules rouges prennent une forme de faucille.

\(\mathrm{A//A}\) : sain, non porteur.
\(\mathrm{A//S}\) : porteur sain (trait drépanocytaire), en général sans signe de la maladie.
\(\mathrm{S//S}\) : drépanocytaire (anémie, crises douloureuses).

Exemple résolu 2 : deux parents AS

Moussa et Fatou sont tous deux \(\mathrm{A//S}\). Quels risques pour leurs enfants ?

Chaque parent produit deux types de gamètes, A et S, en proportions égales : \(\frac{1}{2}\) chacun.

Échiquier de croisement :

Gamètes	A (½)	S (½)
A (½)	A//A (¼)	A//S (¼)
S (½)	A//S (¼)	S//S (¼)

Résultat : \(\frac{1}{4}\) d'enfants \(\mathrm{A//A}\), \(\frac{1}{2}\) d'enfants \(\mathrm{A//S}\) et \(\frac{1}{4}\) d'enfants \(\mathrm{S//S}\) malades. Ce risque de \(\frac{1}{4}\) existe à chaque naissance.

Question bonus : leur premier enfant, Awa, est en bonne santé. Quelle est la probabilité qu'elle soit porteuse \(\mathrm{A//S}\) ?

Voir la solution

Awa est saine : elle ne peut pas être \(\mathrm{S//S}\). Il reste 3 cases équiprobables sur 4 : A//A, A//S, A//S. Parmi elles, 2 sont porteuses :

\[p(\mathrm{A//S} \mid \text{saine}) = \frac{2}{3}\]

Les groupes sanguins ABO : la codominance

Le gène du système ABO (chromosome 9) a trois allèles : A, B et O. A et B sont codominants (tous deux s'expriment chez un individu A//B, groupe AB) ; O est récessif (groupe O seulement si O//O).

Exemple : Kofi est du groupe A (génotype A//O) et Nadia du groupe B (génotype B//O). Quels groupes possibles pour leurs enfants ?

Voir la solution

Gamètes	B (½)	O (½)
A (½)	A//B : groupe AB	A//O : groupe A
O (½)	B//O : groupe B	O//O : groupe O

Les quatre groupes sont possibles, chacun avec une probabilité de \(\frac{1}{4}\).

Un enfant du groupe O peut-il naître d'un père AB ?

Oui, si la mère est du groupe O.
Oui, avec une probabilité de \(\frac{1}{4}\).
Non, car le père transmet forcément l'allèle A ou l'allèle B.

Un enfant O est O//O : il doit recevoir un allèle O de chaque parent. Un père A//B n'a pas d'allèle O, il ne peut pas avoir d'enfant du groupe O.

4. L'hérédité liée au sexe

La femme a deux chromosomes X (XX), l'homme un X et un Y (XY). Pour un gène porté par X (sans équivalent sur Y) :

un homme n'a qu'un exemplaire du gène : s'il porte l'allèle récessif, il est atteint (\(X^{h}Y\)) ;
une femme \(X^{H}X^{h}\) est conductrice : saine, mais elle peut transmettre l'allèle ;
un père transmet son X à toutes ses filles et son Y à tous ses fils : il ne transmet jamais un gène lié à X à son fils.

flowchart LR
  A[Grand-père hémophile] --> B[Fille conductrice]
  B --> C[Petit-fils hémophile avec une chance sur 2]
  B --> D[Petite-fille conductrice avec une chance sur 2]

Exemple résolu 3 : l'hémophilie

Une femme conductrice \(X^{H}X^{h}\) a des enfants avec un homme sain \(X^{H}Y\). Quels sont les risques ?

Gamètes de la mère : \(X^{H}\) (½) et \(X^{h}\) (½). Gamètes du père : \(X^{H}\) (½) et \(Y\) (½).

Filles : \(X^{H}X^{H}\) (saine) ou \(X^{H}X^{h}\) (conductrice), chacune avec la probabilité ½ parmi les filles. Aucune fille malade.

Garçons : \(X^{H}Y\) (sain) ou \(X^{h}Y\) (hémophile), chacun avec la probabilité ½ parmi les garçons.

Sur l'ensemble des enfants : \(\frac{1}{4}\) de risque d'avoir un garçon hémophile.

Un homme hémophile \(X^{h}Y\) et une femme non porteuse \(X^{H}X^{H}\) ont des enfants. Que deviennent leurs fils ?

Tous sains : le père leur transmet son Y, pas son X.
La moitié est hémophile.
Tous hémophiles, comme leur père.

Les fils reçoivent le Y du père et un \(X^{H}\) de la mère : ils sont tous sains. En revanche, toutes les filles sont conductrices \(X^{H}X^{h}\).

5. Les anomalies chromosomiques

Notions clés

Le caryotype humain normal compte 46 chromosomes : 22 paires d'autosomes et une paire de chromosomes sexuels (XX ou XY). On le note 46,XX ou 46,XY.
La trisomie 21 (syndrome de Down) : trois chromosomes 21, caryotype 47,XX,+21 ou 47,XY,+21. Elle provoque notamment une déficience intellectuelle plus ou moins marquée.
Autres exemples : le syndrome de Klinefelter (47,XXY, un homme avec un X en plus) et le syndrome de Turner (45,X, une femme avec un seul X).
Origine : une non-disjonction pendant la méiose. Une paire de chromosomes (ou les deux chromatides) ne se sépare pas ; un gamète reçoit deux exemplaires au lieu d'un. Fécondé par un gamète normal, il donne une cellule-œuf à 47 chromosomes.
Le risque de trisomie 21 augmente avec l'âge de la mère.

Exemple résolu 4 : expliquer une trisomie 21

Explique comment on obtient un caryotype 47,XY,+21 à partir d'un ovule anormal.

Voir la solution

Lors de la méiose de la mère, les deux chromosomes 21 ne se séparent pas (non-disjonction en anaphase I, ou les chromatides en anaphase II). L'ovule obtenu contient 24 chromosomes, dont deux chromosomes 21. Il est fécondé par un spermatozoïde normal à 23 chromosomes portant un Y et un chromosome 21. La cellule-œuf a \(24 + 23 = 47\) chromosomes, dont trois chromosomes 21 : 47,XY,+21.

Combien de chromosomes compte une cellule d'une personne atteinte du syndrome de Turner ?

Le syndrome de Turner correspond à un seul chromosome X sans second chromosome sexuel : 45,X.

Erreurs fréquentes

Conclure « dominant » ou « récessif » à partir des proportions de malades dans une petite famille.
Oublier de tester l'hypothèse « lié à X » avant de conclure qu'un gène est autosomal.
Penser qu'un risque de \(\frac{1}{4}\) signifie « un enfant malade sur quatre exactement ».
Donner \(\frac{1}{2}\) au lieu de \(\frac{2}{3}\) pour la probabilité qu'un enfant sain de deux parents AS soit porteur.
Dire qu'un père transmet un gène lié à X à son fils.

Récapitulatif

L'hérédité humaine s'étudie avec les arbres généalogiques, le caryotype, l'électrophorèse et l'ADN.
Récessif : deux parents sains peuvent avoir un enfant atteint ; dominant : tout malade a un parent malade.
Lié à X récessif : surtout les garçons ; une fille malade a un père malade ; mères conductrices.
Drépanocytose : autosomale récessive ; deux parents AS ont \(\frac{1}{4}\) de risque d'enfant SS à chaque naissance.
ABO : A et B codominants, O récessif.
Trisomie 21 : 47 chromosomes, due à une non-disjonction pendant la méiose.

Allèle récessif

Ne s'exprime qu'en double exemplaire ; des parents sains porteurs peuvent avoir un enfant atteint.

Codominance

Deux allèles s'expriment ensemble chez l'hétérozygote, comme A et B dans le groupe sanguin AB.

Femme conductrice

Femme saine qui porte un allèle récessif lié à X et peut le transmettre à ses fils.

Drépanocytose

Maladie autosomale récessive de l'hémoglobine ; génotype malade S//S, porteur sain A//S.

Non-disjonction

Chromosomes qui ne se séparent pas pendant la méiose ; origine des trisomies comme la trisomie 21.

Conseil génétique

Évaluation du risque pour un couple et information sur les tests, pour une décision éclairée.