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Patrimoine génétique et maladie : la mucoviscidose, le diabète de type 2

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Introduction :

Ce cours va permettre de voir comment le patrimoine génétique, souvent couplé aux facteurs environnementaux, influe sur le phénotype et plus particulièrement sur les maladies.

Une première partie traitera de la mucoviscidose, une maladie génétique qui touche en France une naissance sur 3600. Une deuxième partie permettra de voir le cas du diabète de type 2, qui est une maladie métabolique. Cette dernière concerne plus de 2 millions de personnes en France, et est un véritable problème de santé publique.

La mucoviscidose

Une maladie génétique

Le mot mucoviscidose vient du latin et est composé de trois parties :

  • muco qui renvoie au mucus ;
  • visci qui signifie visqueux ;
  • ose qui renvoie à une maladie.
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À retenir

La mucoviscidose est une maladie qui se manifeste par une trop grande viscosité des mucus.

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Définition

Mucus :

Le mucus est une sécrétion visqueuse qui tapisse et humidifie les canaux de notre corps.

Chez une personne atteinte de la mucoviscidose ce mucus, trop visqueux, est à l’origine de nombreux troubles.

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À retenir

Au niveau digestif, le mucus va boucher les canaux du pancréas.

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Définition

Pancréas :

Le pancréas est une glande annexe du système digestif. Il sécrète des enzymes indispensables à la transformation des aliments en nutriments assimilables par l’organisme.

Un exemple d’enzyme importante sécrétée par le pancréas est la lipase, qui permet de digérer les graisses. Les sujets atteints de la mucoviscidose vont donc rencontrer de graves troubles digestifs. Les bébés notamment vont avoir de fortes diarrhées chroniques, ce qui est un signe pour détecter la maladie. Ces diarrhées vont être accompagnées d’épisodes de déshydratation intense.

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À retenir

Au niveau pulmonaire, le mucus va obstruer les bronches.

Cela provoque une toux chronique allant jusqu’à l’insuffisance respiratoire. La présence de ce mucus épais est à l’origine de la prolifération d’agents infectieux, d’inflammations chroniques et de surinfections.

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À retenir

Au niveau génital, la maladie peut provoquer une infertilité du sujet. Chez l’homme, le mucus bloque le canal déférent, qui est le canal d’évacuation des spermatozoïdes. Les femmes sont habituellement fertiles.

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Astuce

Le schéma ci-dessous montre une cellule avec son noyau. Dans ce dernier se trouve l’ADN, qui détient l’information génétique. La première étape, la transcription, est la copie de cet ADN en ARN messager dans le noyau. L’ARNm va alors sortir du noyau et se retrouver dans le cytoplasme de la cellule. L’ARNm est constitué, de codons, c’est-à-dire de triplets de bases nucléotidiques (soit une séquence de trois nucléotides). Au niveau des ribosomes, l’ARN dit de transfert (ARNt) va reconnaître ces codons et libérer l’acide aminé correspondant.

L’enchaînement de plusieurs acides aminés donne une protéine. C’est la nature des codons et leur ordre bien précis qui permet la synthèse d’une protéine donnée.

Synthèse des protéines

Dans le cas de la mucoviscidose, le gène appelé CFTR, qui se trouve sur le chromosome 7, subit une mutation.

  • Il y a donc modification de la séquence d’ADN.

Le gène CFTR code pour la protéine CFTR. Dans le cas d’une personne qui a une mutation sur ce gène, et qui donc est atteinte de la maladie, la protéine CFTR dysfonctionne.

Le schéma ci-dessous présente deux cellules. La première correspond à une cellule d’un sujet sain, et la deuxième à une cellule d’un sujet atteint de la mucoviscidose.

  • Chez le sujet sain, les protéines CFTR, synthétisées dans la cellule, remplissent leur fonction : elles forment un canal qui permet aux ions chlorures (ions Cl-) de sortir du cytoplasme de la cellule épithéliale. La sortie des ions Cl- entraîne une sortie d’eau, ce qui permet une bonne hydratation du mucus qui est alors fluide.
  • Chez le sujet atteint de la mucoviscidose, les protéines CFTR dysfonctionnent. Les canaux ne sont alors pas formés, et les ions Cl- sont piégés dans le cytoplasme de la cellule. Il y a rétention d’eau dans les cellules, le mucus n’est donc pas hydraté et devient visqueux.

Fonctionnement d’une cellule chez un sujet sain (à gauche) et chez un sujet atteint de la mucoviscidose (à droite).

Prévenir et soigner la mucoviscidose

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À retenir

Le phénotype d’un individu dépend de son génotype, c’est-à-dire de son code génétique.

Il est présent dans toutes les cellules, c’est-à-dire dans les cellules somatiques et dans les cellules germinales. Seul le code génétique des cellules germinales est transmis à la descendance donc si une mutation a lieu sur des cellules somatiques, elle n’aura pas de répercussion sur la descendance.

On peut prendre l’exemple d’un couple d’allèles A et a. Les parents sont hétérozygotes et tout deux porteurs de l’allèle A et de l’allèle a. Lors de la formation des gamètes, il va y avoir séparation au hasard des chromosomes des deux parents et réassociation, toujours au hasard, des allèles à la fécondation. Ce tableau montre quelles sont les combinaisons possibles pour la descendance. Il y aura :

  • $\frac{1}{4}$ de la descendance qui sera homozygote pour l’allèle A ;
  • $\frac{1}{4}$ de la descendance qui sera homozygote pour l’allèle a ;
  • Et la moitié de la descendance qui sera hétérozygote, soit porteur du couple d’allèles A et a.

Transmission du code génétique

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À retenir

Dans le cas de la mucoviscidose, seuls des individus homozygotes pour le gène muté sont malades, car la mutation est récessive alors que l’allèle sain est dominant.

Les individus hétérozygotes ne sont pas atteints mais peuvent transmettre la maladie à leur descendance.

Sur un arbre généalogique d’une famille touchée par la mucoviscidose, un individu sain qui a un frère ou une sœur malade peut avoir des enfants malades : il est hétérozygote porteur de l’allèle muté. On peut voir ce cas dans l’arbre généalogique ci-dessous.

Les carrés non remplis correspondent à un homme sain, les carrés noirs à un homme malade, les ronds non remplis à une femme saine et les ronds noirs à une femme malade. Dans cette famille, les deux parents de la génération I sont porteurs du gène muté. Cependant, ils sont hétérozygotes et ne sont donc pas malades. Un de leur quatre enfants est homozygote, et donc malade. L’enfant 4 quant à lui est hétérozygote ainsi que l’individu 5. C’est pour cela qu’ils ont eu un enfant qui est malade.

Arbre généalogique d’une famille touchée par la mucoviscidose

L’espérance de vie des personnes atteintes, bien que faible, est en forte progression. Elle était de 47 ans en 2005 contre 3 ans en 1950. Les traitements ont pour but de vivre mieux avec la maladie et donc de luter contre le mucus. Les différents actes pratiqués sont :

  • la kinésithérapie, qui aide à éliminer le mucus ;
  • l’aérosolthérapie, qui consiste à l’apport d’un antibiotique par inhalation, qui permet de réduire les infections pulmonaires.
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À retenir

La thérapie génique, qui a pour principe de remplacer l’allèle muté par un allèle sain, est en cours d’expérimentation et constitue un espoir pour les malades.

Le diabète de type 2

Une maladie métabolique

La mucoviscidose est une maladie génétique, tandis que le diabète de type 2 est une maladie métabolique.

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À retenir

Cette maladie est caractérisée par une glycémie importante, soit un taux de glucose dans le sang important et constant.

La glycémie est régulée par des hormones et fait intervenir deux organes qui sont le foie et le pancréas.

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Astuce

Une hormone est une substance chimique sécrétée par une cellule que l’on appelle cellule endocrine. Une fois l’hormone sécrétée, elle va être véhiculée dans le sang, ce qui explique que les cellules endocrines ne se situent pas systématiquement dans l’organe qui va recevoir l’hormone. Les hormones vont agir grâce à des récepteurs situés sur des cellules cibles, et ces cellules cibles vont alors recevoir un message chimique.

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À retenir

Les hormones qui entrent en jeu dans le cas du diabète de type 2 sont deux hormones du pancréas : l’insuline et le glucagon.

Lorsque la glycémie est trop élevée (soit lorsque le taux de sucre est important), le pancréas sécrète une hormone appelée insuline. L’insuline va provoquer la mise en réserve du glucose par des cellules cibles présentes dans le foie et les muscles. La glycémie va donc baisser. Au contraire, lorsque la glycémie est faible, le pancréas sécrète une autre hormone qui est le glucagon. Cette hormone provoque la libération du glucose par le foie et les muscles.

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À retenir

Lorsqu’une personne est diabétique de type 2, les cellules cibles ne réagissent plus à l’insuline.

Le glucose n’est donc plus stocké et le taux de glycémie ne peut pas diminuer. On dit que les cellules sont insulino-résistantes.

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Attention

Il ne faut pas confondre le diabète de type 2 avec le diabète de type 1. Dans le cas du diabète de type 1, c’est le pancréas qui ne fonctionne pas correctement et qui ne sécrète pas d’insuline. Les malades doivent alors s’injecter de l’insuline pour pallier à ce manque.

Fonctionnement du pancréas lorsque la glycémie est trop haute ou trop basse

Les causes du diabète de type 2

Des gènes de prédisposition au diabète de type 2 ont été mis en évidence.

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Définition

Gènes de prédisposition :

Les gènes de prédisposition sont des gènes dont certains allèles augmentent la probabilité de développer une maladie.

Cependant, la prédisposition génétique n’est pas responsable à elle seule de la maladie. Les modes de vie actuels où l’activité physique est très faible et où l’alimentation est trop riche en sucres et en graisses ont fait augmenter le taux de diabétiques de type 2. Ce taux a augmenté de 81 % entre 2000 et 2009.

Conclusion :

La mucoviscidose est une maladie génétique causée par la mutation d’un seul gène. On peut donc prévoir la transmission par hérédité. Une des pistes encore en expérimentation pour la guérir est le remplacement des gènes responsables de la maladie.
Le diabète de type 2 quant à lui est une maladie causée par la présence de nombreux gènes de prédisposition couplés à des conditions environnementales comme le manque d’activité physique et une mauvaise alimentation.