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INTRODUCTION

I HÉRÉDITÉ MENDÉLIENNE MONOGÉNIQUE

I.1. GENERALITES

I.2. HEREDITE AUTOSOMIQUE DOMINANTE

I.3. HEREDITE AUTOSOMIQUE RECESSIVE

I.4. HEREDITE RECESSIVE LIEE AUU CHROMOSOME X

I.4.1. CAS LE PLUS FREQUENT

I.4.2. CAS PARTICULIER : MARIAGE FEMME NORMALE / HOMME ATTEINT

I.4.3. CAS PARTICULIER : MARIAGE FEMME HEZ / HOMME ATTEINT

I.5. FACTEURS SUSCEPTIBLES DE MODIFIER LE PHENOTYPE

II HÉRÉDITÉ MULTIFACTORIELLE

III HÉRÉDITÉ MITOCHONDRIALE

  INTRODUCTION

L'hérédité mendélienne classique ou monogénique est basée sur la transmission d'un seul gène sous un mode dominant, récessif ou lié au chromosome sexuel X (ou Y). Les découvertes sur la structure de l'ADN, le code génétique, le génome et l'observation de caractères et maladies génétiques ne répondant pas aux lois de la génétique formelle (hérédité mendélienne) ont orienté les chercheurs vers la définition d'autres modes de transmission dont ceux reliés à l'hérédité multifactorielle et mitochondriale. Par contre l'hérédité multifactorielle fait appel à la synergie de gènes et facteurs environnementaux. L'hérédité mitochondriale extra nucléaire ne peut-être transmise que par la mère dont les cellules contiennent un nombre variable de mitochondries. Plusieurs facteurs peuvent modifier le phénotype attendu chez un individu. Il est d'ores et déjà acquis que nos connaissances sur le mode de transmission des caractères normaux et des maladies seront décuplées dans un avenir plus ou moins rapproché avec une meilleure compréhension de la structure des gènes, leur rôle et l'interaction des gènes entre eux et avec l'environnement.

I HÉRÉDITÉ MENDÉLIENNE MONOGÉNIQUE

- Hérédité autosomique dominante

- Hérédité autosomique récessive

- Hérédité récessive liée au chromosome X

I.1 Généralités:

• Le gène d'eucaryote est formé d'une succession de parties codantes (exons) et de parties non codantes (introns)--> ARN pré-messager ; épissage (ou ‘splicing') -->ARN messager.

• La méiose (1 cellule diploïde à 46 chromosomes  4 cellules haploïdes à 23 chromosomes) est, avec les mutations, le processus responsable de la diversité et du brassage génétique par:

o répartition aléatoire des chromosomes dans les gamètes

o échange entre chromosomes homologues ('crossing over')..

• Les eucaryotes ont 2 copies du message héréditaire (au contraire des procaryotes et des virus),1 paternelle et 1 maternelle ; 2 allèles sont 2 alternatives d'un gène, situés à la même place (ou locus) sur les 2 copies du génome ; le changement d'un caractère héréditaire au niveau d'une des 2 copies du génome (chromosomes homologues) peut :

o soit modifier le phénotype : ce changement s'exprime sur le mode dominant (D).

o soit ne pas modifier le phénotype : gène récessif (R).

• Si 2 allèles s'expriment simultanément, les gènes sont dits co-dominants (ex: système A,B,O).

o un sujet qui, pour un même locus, a 2 allèles identiques est dit homozygote (HOZ) pour cet allèle

o un sujet qui, pour un même locus, a 2 allèles différents est dit hétérozygote (HEZ) pour cet allèle

--> un caractère récessif ne s'exprime phénotypiquement qu' à l'état HOZ.

• Ce schéma général est le mode de l'hérédité autosomique; mais les chromosomes sexuels sont différents chez l' homme et chez la femme: chez la femme, XX, récessivité et dominance des caractères liés à l' X s'exerceront comme pour les autosomes; chez l'homme, XY, et donc hémizygote pour l' X, le phénotype sera l'expression du génotype de X.

I.2 Hérédité autosomique dominante (AD):

Cas le plus fréquent : Aa x AA (mariage d'un sujet HEZ atteint et d'un sujet normal).

• Les sujets atteints naissent toujours d'un parent porteur du même caractère (sauf mutation).

• Le caractère apparaît à chaque génération (ne saute pas de génération, sauf lorsque la pénétrance est réduite)

• Il y a autant de filles que de garçons atteints.

• Il y a en moyenne dans les fratries autant de sujets atteints que de sujets sains.

• Un sujet atteint a la moitié de ses descendants atteints (statistiquement).

• Un sujet sain a tous ses enfants indemnes.On n' observe pas particulièrement de consanguinité.

• Le caractère peut apparaître par mutation, puis se transmettre, ou, si les tares sont sévères, être éliminé rapidement.

Remarques :

• La plupart du temps, on ignore ce que serait un sujet HOZ pour le caractère dominant. Certaines observations suggèrent qu' il aurait une atteinte plus sévère, plus tôt, ou des troubles plus rapidement évolutifs.

• Notion de pénétrance et d'expressivité .

• Si une maladie n'est pas compatible avec la reproduction, sa fréquence est celle de son taux de mutation.

Exemples de maladies AD :

• Achondroplasie

• Aniridie,

• Maladie de Marfan

• Myotonie de Steinert

• Polydactylie

• Polypose colique multiple

I.3 Hérédité autosomique récessive (AR):

Cas le plus fréquent : Aa x Aa (mariage de 2 sujets hétérozygotes bien portants).

Génotype parental: Aa * Aa

• Pour une maladie rare, les sujets atteints naissent en général de parents normaux.

• Il y a autant de filles que de garçons atteints.

• Il y a en moyenne dans les fratries un sujet atteint pour trois sujets sains.

• Un sujet atteint qui se marie à un sujet normal non apparenté donne habituellement naissance à des enfants normaux.

• La maladie peut se révéler par rencontre inopinée de gènes mutés lors d'un mariage, et du fait de la faible dimension des familles humaines, ne toucher qu'une personne dans une famille. Le cas isolé ne signifie donc pas nécessairement cas de novo.

• On observe fréquemment une consanguinité (les chances de rencontre de copies d'un même gène ancêtre muté augmentent), d' autant plus souvent que la maladie est plus rare.

• Quand une mutation se constitue, elle ne s' exprime pas chez les sujets qui la portent.

Remarques :

• Les mariages entre HOZ existent, car souvent leur affection les rapproche (surdité, cécité...): centres spécialisés, comportements identiques.….

• Les maladies par déficits enzymatiques se transmettent en général sur ce mode.

• En fait, peu de gènes sont complètement récessifs, et souvent les HEZ peuvent être dépistés : l' HEZ est différent des deux types d' HOZ: hérédité intermédiaire ; la détection des HEZ permet de leur donner un conseil génétique.

• Souvent les sujets HOZ atteints décèdent, ou ne procréent pas.

• Parfois, le sujet HOZ atteint survit et se reproduit (albinisme par ex.). S' il épouse un sujet HEZ à phénotype normal, leur descendance paraîtra faussement de type dominant.

• Même lorsqu'une maladie est rare, les hétérozygotes sont fréquents (mucoviscidose: fréquence de la maladie : 4/10 000; --> fréquence des hétérozygotes : 4 /100).

• Notion de pénétrance et d'expressivité parfois.

Exemples de maladies AR:

• Les VI types de glycogénose.

• Les intolérances aux sucres : galactose, fructose, saccharose, lactose.

• Les VI types de mucopolysaccharidoses, sauf la II (Maladie de Hunter : RLX)

• La plupart des troubles du métabolisme des acides aminés : phénylcétonurie, tyrosinose, cystinose, leucinose, différents types d'albinisme (sauf l' albinisme oculaire : RLX) etc...

• De nombreuses anomalies du métabolisme des lipides.

• Maladie de Wilson.

• De nombreux troubles de l'hormonosynthèse, thyroïdienne et surrénalienne surtout.

• Drépanocytose, thalassémies.

• Déficits en facteurs I, II, V, VII, XII, XIII.

• Mucoviscidose. etc...

I.4 Hérédité récessive liée au chromosome X (RLX):

I.4.1 Cas le plus fréquent:

Femme hétérozygote, donc bien portante et conductrice, épousant un homme normal

• Les sujets atteints naissent généralement de parents normaux.

• Dans la parentèle du père, tous les sujets sont normaux.

• Dans la parentèle de la mère il existe souvent des frères ou des ascendants masculins atteints.

• Les sujets atteints sont pratiquement toujours des garçons.

• Dans la fratrie des atteints, un garçon sur deux est malade, et une fille sur deux est conductrice.

Cas particuliers :

I.4.2 Mariage femme normale / homme atteint:

Génotype parental: XX * xY

• Tous les garçons sont normaux et indemnes de la mutation.• Toutes les filles sont normales mais HEZ conductrices.

I.4.3 Mariage femme HEZ / homme atteint:

Génotype parental: Xx * xY

Situation rare si la mutation est sévère

• La moitié des garçons sont atteints.

• Les filles normales sont HEZ.

• Il existe des filles malades (1/2).

Situation peu probable pour un gène rare, mais usuelle pour certains gènes fréquents (ex. daltonisme).

---> L'atteinte exclusive des garçons n'est pas un caractère absolu de l'hérédité liée à l' X. -->Le critère de non transmission d'un père à son fils est plus fiable.

---> (permet la différence avec les maladies dominantes autosomiques avec limitation au sexe). Remarques : dépistage des hétérozygotes conductrices pour le conseil génétique.

Exemples de maladies RLX:

• Daltonisme

• Hémophilies A et B

• Angiokératose diffuse (Maladie de Fabry)

• Myopathie type Duchenne

• Incontinentia pigmenti

• Agammaglobulinémie type Bruton

• Déficit en G6PD. etc...

I.5 Facteurs susceptibles de modifier le phénotype

1.5.1 Pénétrance

Certains individus possédant le gène délétère (d'une maladie autosomique dominante, par exemple), ne présentent pas le phénotype attendu : on dit alors que la pénétrance est incomplète. Le nombre d'individus porteurs de la mutation ne correspond pas au nombre d'individus ayant un phénotype anormal. Il s'agit d'une évaluation quantitative. Dans la neurofibromatose de type-I la pénétrance est d'environ 80% mais

Il est cependant parfois difficile d'éliminer toute forme frustre de la maladie. Une meilleure connaissance du type de mutation dans ces familles nous permettra de mieux cerner cette notion de pénétrance.

---> ne pas confondre: un cas isolé par pénétrance incomplète et un cas sporadique par mutation.

1.5.2 Expressivité

Par ailleurs, le phénotype peut être plus ou moins sévère selon les individus; il y a alors une expressivité variable du gène délétère. Il s'agit d'une évaluation qualitative.

Dans le syndrome de Marfan, pour une mutation familiale identique, certains individus atteints auront une forme sévère touchant les systèmes cardio-vasculaire, oculaire et squelettique alors que pour d'autres individus seule la grande taille et l'arachnodactylie, sans luxation du cristallin ou anévrysme aortique,seront observées.

---> pénétrance et expressivité incomplètes se rencontrent surtout dans certaines maladies autosomiques dominantes.

1.5.3 Âge du début de la maladie / anticipation

Bien que présentes à la naissance plusieurs maladies ne se manifesteront que plus tard dans la vie. Un examen physique normal chez une personne de 20 ans, à risque de développer une maladie de Huntington, n'exclut pas la possibilité que cette personne soit effectivement atteinte de la maladie

---> si le défaut génétique est connu dans une famille, l'analyse moléculaire pourra confirmer ou exclure la présence d'une mutation avant l'âge du début de la maladie chez l'individu à risque.

---> l'anticipation réfère à un phénomène d'apparition plus précoce d'une maladie d'une génération à l'autre accompagnée de manifestations plus sévères. Le phénomène est observé surtout, mais non exclusivement, dans les maladies autosomiques dominantes, en présence d'une répétition plus marquée de triplets d'une génération à l'autre, comme dans la dystrophie myotonique (CTG) et la maladie de Huntington (CAG). Dans l'ataxie de Friedreich, une maladie autosomique récessive, la littérature fait mention de plusieurs familles où la répétition plus importante de triplets (GAA) d'une génération à l'autre s'accompagne d'une apparition plus précoce de la maladie et d'une symptomatologie plus sévère. Cependant on retrouve aussi dans le syndrome du X Fragile (CGG), un syndrome lié au chromosome X, si il y a répétition plus marquée de triplets, une sévérité accrue de la maladie sans qu'on puisse nécessairement parler ici d'un phénomène d'anticipation.

1.5.4 Pléiotropie

Dans certaines maladies génétiques la mutation peut produire des effets qui touchent plusieurs systèmes. Ainsi dans le syndrome < Moon-Biedl>, une maladie autosomique récessive, des malformations sont observées au niveau des systèmes nerveux, endocrinien, squelettique et oculaire. Le gène mutant peut agir à plusieurs stades du développement.

1.5.5 Mutation / Hétérogénéité

L'hétérogénéité des mutations conduit à des manifestations variables.

• La même mutation peut induire des phénotypes différents.

• Plusieurs maladies sont dues à un gène muté dont la structure est variable et qui est donc susceptible d'engendrer des effets différents se manifestant alors dans le phénotype. Dans la mucoviscidose (fibrose kystique) on décrit plusieurs centaines de mutations au site du gène CFTR. De plus dans cette maladie on retrouve des formes dites à prédominance pulmonaire ou d'insuffisance pancréatique et intestinale.

• À l'instar des mutations qui codent pour plus d'une maladie, l'inverse est aussi observé à savoir que plus d'un gène peut être responsable de la même maladie. Dans la dysplasie ectodermique les malformations des phanères et des dents (ongles dysplasiques, oligodontie et absence de cheveux) peut être due à trois gènes différents transmis sous forme dominante, liée au X, ou une forme récessive (plus rare) donnant tous un phénotype qualifié de semblable.

1.5.6 Disomies

Dans de rares circonstances des chromosomes homologues peuvent provenir du même parent. On dit alors qu'il y a disomie maternelle ou paternelle d'une paire de chromosomes homologues. Par exemple, un individu souffrant de mucoviscidose dont un seul des parents était porteur d'une mutation connue pour lequel le malade était homozygote, avait reçu deux chromosomes 7 du même parent porteur d'une mutation et aucun de l'autre. Les disomies sont rares et leurs effets sont encore mal connus.

1.5.7 Empreinte parentale

Au cours du développement les génomes d'origine maternelle et paternelle ne sont pas équivalents mais complémentaires suite à un phénomène épigénétique survenu en gamétogénèse

La fonction d'un gène peut varier selon qu'il est d' origine maternelle ou paternelle.

-Une délétion sur le chromosome 15 (15q11-13) originant du complément chromosomique paternel va donner un syndrome de Prader Willi différent du syndrome d'Angelman observé si la délétion origine de la mère.

-Dans certaines maladies le sexe du parent atteint peut influencer le degré de sévérité chez la personne à qui le gène mutant est transmis. Dans la dystrophie myotonique la maladie sera plus sévère, souvent congénitale si c'est la mère atteinte qui transmet la maladie alors que dans la maladie de Huntington la maladie sera plus sévère et de manifestation précoce si c'est le père qui l'a transmise. Dans ces deux exemples le rôle d'autres facteurs soit d'empreinte parentale ou de mutation mitochondriale n'est pas exclu.

--> La fécondation d'un ovule anucléé par un spermatozoïde, dont le complément haploïde a subi une duplication ou par une dispermie, serait responsable de la môle hydatiforme.

1.5.8 Interaction des gènes — co-facteurs

La fonction d'un gène est parfois régie par un ou d'autres gènes agissant à titre de régulateurs. Ainsi le gène en cause peut avoir une structure normale mais d'autres gènes ailleurs dans la chaîne métabolique ou l'absence de co-facteurs peuvent-être responsables de l'inhibition de l'activité de la protéine et l'apparition d'une maladie génétique.

o Pour certains individus le rachitisme est dû à une simple carence en vitamine D qui sera corrigée par l'ajout d'un supplément vitaminique dans l'alimentation. Pour d'autres il est dû à l'absence de la forme active de la vitamine D, une maladie autosomique récessive ou d'autres mutations touchant le métabolisme de la vitamine D.

o On retrouve des mutations de gènes suppresseurs du cancer, régulateurs de protéines (enzymes) ou de réparation de l'ADN. À titre d'exemples ces mutations seront à l'origine de maladies métaboliques telles les mucopolysaccharidoses, les cancers de l'ovaire et du colon, et les défauts de réparation de l'ADN comme dans l'ataxie télangiectasique.

1.5.9 Gènes de susceptibilité au cancer et malformations

Un certain nombre de gènes susceptibles d'être à l'origine d'un cancer peuvent simultanément être à l'origine d'un syndrome malformatif.

• Le gène WT1 situé sur le chromosome 11 qui l'habite subirait une délétion dans la région 11p13 entraînant une tumeur de Wilms et une néphropathie. Le syndrome WAGR (W : Wilms ;A : aniridie ; G :malformation génito-urinaire, R : retard mental ) serait une conséquence de cette délétion impliquant à la fois des gènes contigus de la région11p13 -11p14.

• Un autre exemple est celui du syndrome de Beckwith-Wiedemann également situé sur le chromosome 11, dans la région 11p15.5 qui impliquerait plus d'un gène contigu de cette région. Le syndrome se manifeste par de l‘obésité, macroglossie, néphroblastome ( hépatoblastome, neuroblastome), gigantisme et omphalocèle. Le facteur de croissance IGF-2 (‘ Insulin-like growth factor 2') un gène imprimé (expression paternelle) serait impliqué dans la pathogénèse de la macrosomie; une mutation d'autres gènes, tel que le gène CDKNIC (p57K1P2) (expression maternelle), peut être responsable pour d'autres aspects du phénotype.

--->D'autres observations et études moléculaires sont essentielles pour préciser les mécanismes étiologiques de ces syndromes malformatifs avec susceptibilité au cancer.

1.5.10 Paternité

Une fausse paternité peut parfois être responsable d'une histoire génétique imprécise. Cette paternité est parfois mise en doute lors d' études moléculaires qui ne retracent pas chez le père présumé la ou les séquence d'ADN attendues.

1.5.11 Erreur de diagnostic / classification

Les difficultés rencontrées dans l'évaluation des modes de transmission d'une maladie sont parfois dues à des erreurs d'identification de la maladie génétique ou de sa classification. Plusieurs groupes de maladies dont les glycogénoses et les mucopolysaccharidoses affichent un phénotype semblable mais un déficit enzymatique différent confirmé par l'identification de mutations propres à chacune d'elles.

II HÉRÉDITÉ MULTIFACTORIELLE

Définitions :

• Multiallélique : il existe pour 1 même locus toute une série d'allèles possibles; chaque sujet n'en possède que 2 et la transmission se fait sur le mode monogénique.

• Multifactoriel :

o Il existe pour un caractère donné, toute une série de gènes (et donc de loci) qui concourent à son établissement (synonymes: système polygénique, hérédité quantitative, facteurs multiples).

o Leur étude génétique est complexe et mathématique.

o Rôle adjuvant de facteurs environnementaux. - exemples : taille d'un sujet, cardiopathies congénitales, épilepsie.

1. Hérédité quantitative continue :

Distribution de la population selon une courbe de Gauss (exemple: taille). Notion de seuil souvent arbitraire.

2. Hérédité quantitative discontinue :

• Très souvent certains caractères ont une distribution discontinue binaire, c'est à dire existent ou n'existent pas chez un sujet (pied-bot, fente palatine, sténose du pylore, diabète, cardiopathies congénitales, etc...) mais se transmettent comme s'il s'agissait de caractères multifactoriels: c'est un effet de seuil qui les fait apparaître discontinus: hérédité multifactorielle avec seuil. La partie droite de la courbe est alors définie avec précision par le seuil.

• Les sujets apparentés aux sujets à droite du seuil ont plus de risque d' être atteints, et ce, d'autant plus que la parenté est plus proche. (Si p est la fréquence d'un caractère polygénique dans la population, le risque pour les apparentés au premier degré est d'environ racine de p).

• Le seuil peut être différent pour les hommes et les femmes pour certaines affections (sténose du pylore: les garçons sont 5 fois plus souvent atteints que les filles; luxation congénitale de la hanche environ 7 fois plus fréquente chez les femmes que chez les hommes).- le risque de récurrence est plus élevé quand le premier né atteint est du sexe le moins susceptible.

• La maladie est d'autant plus fréquente chez les apparentés au malade qu'elle est plus rare dans la population générale.

• Pour une malformation donnée, plus l'expression est sévère, et plus le risque de récurrence est élevé.

• Le risque augmente avec le nombre de sujets atteints dans la parentèle.

• Il existe une influence de la consanguinité : un sujet qui a pour conjoint un apparenté a plus de chance de réunir les gènes qui ont provoqué une malformation donnée dans la famille, par copie, qu'en se mariant à un sujet pris au hasard dans la population générale. (Quand un couple a un enfant HOZ pour une maladie autosomique récessive, le risque des enfants suivants est le même, que les parents soient consanguins ou pas, soit 1/4. Si ce risque est plus élevé quand les parents sont consanguins que quand ils ne sont pas apparentés, l'hérédité est polygénique)..

Exemples de maladies héréditaires multifactorielles:

o Fente palatine

o Bec de lièvre

o Maladies cardio-vasculaires

o Epilepsie

o Schizophrénie

o Diabète

o Goutte

o Luxation de la hanche

o Strabisme

o Psoriasis, etc... etc...

III HÉRÉDITE MITOCHONDRIALE

Les mitochondries proviennent d'anciennes bactéries anaérobies;  elles ont leur propre DNA. Il existe donc un ADN extra nucléaire dans nos cellules.

ADN mitochondrial :

• ADN circulaire de 16 kb, dont la séquence est entièrement connue.

• 37 gènes codant pour 13 protéines, des ARN ribosomiques, et des ARN de transfert.

• Avec un code différent du code universel (!) : Mito. Univ. UGA Trp STOP AUA Met Ile AGA/AGG STOP Arg .

• Les mitochondries sont présentes dans l' ovocyte (en très grand nombre) :  hérédité non mendélienne: hérédité purement maternelle.

• Il existe des maladies héréditaires dues à des gènes mitochondriaux défectueux.

• Les cytopathies mitochondriales sont souvent des pathologies à symptomatologie pléiotropique (multiple), car le déficit touche de nombreux organes; ex: syndrome de Pearson: insuffisance pancréatique exocrine, insuffisance médullaire/myélodysplasie, déficit musculaire, troubles hépatique, rénal, gastrointestinal ...

Une maladie due à un gène mitochondrial défectueux est transmise :

1. Uniquement par les femmes,

2.A tous ses descendants. Souvent l' anomalie génétique n' est pas présente dans toutes - mais dans une partie seulement- des mitochondries transmises à la génération suivante; alors, selon le taux de mitochondries mutées,

3. Expressivité variable - Note: Le terme "cytopathie mitochondriale" peut être ambigu: les cytopathies mitochondriales incluent non seulement les pathologies dues aux mutations des gènes mitochondriaux, mais aussi celles dues aux mutations des gènes nucléaires codant pour les proteines intervenant dans le métabolisme mitochondrial (enzymes de la chaîne respiratoire).

Exemples de maladies héréditaires mitochondriales:

o Atrophie optique de Leber

o Myopathies mitochondriales

o Syndrome de Pearson ....