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Comprendre le génome humain et la génétique

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Le Génome humain

  • La structure de la molécule d'ADN a été découverte en 1953 par l'américain James D. Watson et l'anglais Francis Crick.
  • Un génome humain est composé de 3,2 milliards de paires de bases, divisées en 46 chromosomes.
  • Le premier génome humain complet n'a été décodé qu'en 2003 et publié en 2007. Les deux premiers individus a avoir eu leur génome séquencé cette année-là furent James Watson dont le génome fut séquencé par le Projet génome humain financé par le gouvernement américain, et Craig Venter, CEO de Celera Genomics, financé par le secteur privé.
  • Un génome humain est identique à 98 % au génome d'un chimpanzé et à 97% à celui d'un gorille. En comparaison, deux êtres humains aléatoires sont en moyenne identique à 99,5 %. Les gorilles partagent en fait 97% de leur génome aussi bien avec les humains et qu'avec les chimpanzés, ce qui signifie que les humains et les chimpanzés sont plus proches entre eux qu'ils ne le sont des gorilles.
  • La majeure partie de notre génome (98%) est composée d'ADN non codant, parfois appelé « ADN poubelle » (junk DNA en anglais). Cet ADN non codant se compose soit de gènes désactivés qui étaient autrefois utiles pour nos ancêtres non humains (comme une queue), ou d'ADN parasitaire d'origine virale, qui ont pénétré dans notre génome et s'y sont reproduit des centaines ou des milliers de fois au fil des générations, mais qui ne servent générallement à rien pour l'organisme hôte. Un rétrovirus bien connu qui se copie dans le génome humain est le VIH.
  • La taille du génome n'est pas liée à la complexité de la vie. Par exemple, le génome du Polychaos dubium, un être unicellulaire microscopique, contient plus de 200 fois plus d'ADN que le génome humain.

Paires de bases & mutations

  • Les nucléotides sont l'alphabet de l'ADN. Il y a seulement quatre « lettres » dans l'ADN, appelés « bases ». Les quatre bases sont l'adénine (A), thymine (T), guanine (G) et cytosine (C). A s'apparie toujours avec T, tandis que G s'associera toujours avec C. Ces paires sont appelées paires de bases. Dans l'ARN, thymine (T) est remplacée par l'uracile (U).
  • Presque chaque cellule de notre corps contient une copie complète de notre génome. Les exceptions sont les gamètes (ovules et spermatozoïdes), qui ne contiennent que la moitié du génome, mais aussi des globules rouges, qui pour leur part n'ont pas de noyau cellulaire et par conséquent pas non plus d'ADN.
  • Si l'ADN contenu dans le noyau d'une seule cellule était déroulée entièrement, et les chromosomes mis bout à bout, la chaîne mesurerait un peu moins de 2 mètres de long. Les humains possèdent environ un trillion (1012) de cellules, ce qui veut dire que si l'ensemble de l'ADN de chaque cellule dans le corps d'une personne était attaché ensemble, il formerait un brin de 200 milliards de kilomètres, soit plus de 1 000 fois la distance entre la terre et le soleil.
  • Le génome mitochondrial se trouve en dehors du noyau de la cellule, dans les mitochondries, les organelles qui produisent l'énergie des cellules. Il se compose de seulement 16 569 paires de bases, soit 0,000005% du génome humain.
  • Le génome mitochondrial est hérité seulement par la mère. Comme il ne se recombine pas comme les chromosomes, il peut être utilisé en génétique des populations pour remonter l'ascendance du côté matrilinéaire et de diviser les populations en haplogroupes. La même chose peut être faite du côté patrilinéaire en utilisant le chromosome Y (Y-ADN), qui est hérité exclusivement de père en fils et ne se recombine pas avec le chromosome X. Seules quelques mutations distinguent le chromosome Y d'un homme et de son père. Ces mutations étant cumulatives de génération en génération, il est facile de retracer l'arbre généalogique de l'humanité en analysant les mutations (SNP) du chromosome Y et de l'ADN mitochondrial.
  • Un polymorphisme nucléotidique (SNP) est une mutation d'une seule paire de bases du génome. Selon quelle section de l'ADN est affectée, ces mutations peuvent altérer l'apparence physique, avoir un effet positif sur la santé (p. ex. meilleure immunité), causer des dysfonctionnements ou maladies, causer des maladies génétiques (par exemple, la mucoviscidose), ou encore n'avoir aucun effet (mutation silencieuse). Cela dépendra surtout de si la mutation a lieu dans une région codante d'un gène, et si c'est le cas, de la nature de l'acide aminé remplacé (p. ex. hydrophile au lieu d'hydrophobe).

Les Chromosomes

  • Les humains possèdent 23 paires de chromosomes, une paire maternelle et une paire paternelle pour chaque chromosome. Les paires de chromosomes sont numérotées du plus grand (chromosome 1) au plus petit (chromosome 21). Le chromosome 22 devrait être le plus petit, mais on découvrit plus tard que le chromosome 21 était en fait plus petit, et l'ordre établi a été conservé.
  • Les chromosomes déterminant le sexe (X et Y) forment le seul couple chromosomal qui n'est pas symétrique en taille. Le chromosome Y possède 60 millions de bases, contre 153 millions pour le chromosome X.
  • La raison pour laquelle le chromosome Y est tellement plus petit que le chromosome X est que ce dernier possède des gènes qui « attaquent » le chromosome Y. En réponse, le chromosome Y a dû se débarasser d'une bonne partie de son ADN non codant afin de mieux se protéger.
  • Dans certains cas rares, les gens naissent avec un chromosome surnuméraire. Ceux qui sont nés avec trois chromosomes 21 ont le syndrome de Down (trisomie 21). D'autres possibilités existent, tel qu'un chromosome X supplémentaire, menant au syndrome de Klinefelter (XXY), au syndrome 47, XYY, au syndrome triple X, au syndrome de XXYY, au syndrome 48, XXXX ou encore au syndrome 49, XXXXX. Une copie supplémentaire de n'importe quel autre chromosome est tellement néfaste pour le dévelopement du foetus qu'elle entraîne un avortement spontané (fausse couche). Quelques très rares cas de trisomies autosomiques (c'est-à-dire n'impliquant pas un chromosome X ou Y) autre que le chromosome 21 peuvent survivre à la naissance, notamment lorsqu'elles affectent les chromosomes 13 ou 18, mais elles résultent en espérance de vie fortement réduite.
  • Les humains, comme la plupart des animaux, sont diploïdes, ce qui signifie qu'ils n'ont que deux ensembles de chromosomes. Cependant, ce n'est pas le cas de tous les êtres vivants. Les plantes en particulier sont souvent polyploïdes. Il y a des variétés de blé tétraploïde (quatre séries de chromosomes) et autres qui sont hexaploïde (six ensembles de chromosomes). Les fraises, par exemple, peuvent être décaploïde (dix copies d'un même chromosome). Parmi les animaux polyploïdes on retrouve les poissons rouges, les saumons et les salamandres. La polyploïdie se produit dans certains tissus humains, comme les muscles ou le foie. Lorsque deux ou trois spermatozoïdes fécondent un ovule dans le même temps, le foetus humain devriendra alors triploïde ou tétraploïde. Cependant presque toutes ces grossesses finissent en fausse couche et les individus qui survivent meurent générallement peu après la naissance.

Hérédité & maladies génétiques

  • Pratiquement toutes les maladies, syndrômes et conditions médicales ou psychologiques ont une origine au moins partiellement génétique. On parlera alors de facteurs de risque pour une condition ou une autre. Le total des facteurs de risques répartis sur différents gènes donne le niveau de prédisposition à une maladie ou condition. Le profil de risque génétique est déterminé par un test ADN et mène à la médecine personalisée et la pharmacogénétique, qui visent entre autres à adapter son mode de vie et les traitements en fonction des spécificités de son génome propre.
  • Les maladies dites génétiques sont causées exclusivement par les gènes et sont généralement causées par une seule mutation ou série de mutation rendant un gène inéffectif. Le seul traitement possible pour guérir une maladie génétique est la thérapie génique (ou génothérapie), qui consiste à modifier la séquence ADN affectée dans le génome de l'individu. Ces techniques sont en plein essor et, actuellement, des traitements ont déjà été effectués avec succès pour une dizaine de maladies génétiques, y compris la mucoviscidose (la maladie génétique la plus courante en Europe) et la thalassémie (courante en Méditerranée). Dans un avenir proche il sera possible d'utiliser la thérapie génique pour modifier son génome « à la carte », par exemple pour augmenter ses aptitudes physiques et mentales, ou pour allonger son espérance de vie.
  • Bien que l'ADN autosomique est hérité de manière égale de chaque parent, quelques maladies génétiques semblent être plus sévères quand elles sont héritées du père (p. ex. la maladie de Huntingdon), parce que les mutations se produisent ou se répètent à un taux plus élevé chez les hommes et augmentent avec l'âge du père (à cause de la regénération très fréquente des spermatozoïdes, alors que les femmes naissent avec tous leurs ovocytes et n'en produisent plus au cours de leur vie). C'est aussi pourquoi les pères plus âgés (plus de 40 ans) ont plus de chances d'avoir des enfants souffrant de schizophrénie, de dépression ou d'autisme.
  • Certains gènes ont des fonctions différentes selon qu'ils soient hérités du père ou de la mère. Ce sont les gènes imprimés. Par exemple, la copie maternelle d'un gène sur le chromosome 15 est appelée UBE3A, tandis que la copie paternelle porte le nom SNRPN. Hériter de deux copies paternelles ou ne pas avoir de copie maternelle provoque le syndrome de Prader-Willi, alors que deux copies de maternelles ou la suppression de la copie paternelle mène au très différent syndrome d'Angelman.
  • Plutôt que d'hériter d'un gène pour l'homosexualité, des études ont constaté que les hommes homosexuels avaient tendance à avoir plusieurs frères aînés (y compris les avortements et les fausses couches). La raison est que le corps de la mère accumule des anticorps contre les gènes responsables de la masculinisation du cerveau du fœtus à chaque grossesse d'un garçon. Donc, le risque d'homosexualité masculine augmente en fonction du nombre de garçons portés par la mère auparavant. Ceci ne s'applique pas aux filles.

La génétique du cerveau

  • Les neurotransmetteurs comme la sérotonine, la dopamine, l'histamine ou l'acide gamma-aminobutyrique, influencent notre humeur et notre personnalité. Leur niveau est influencé par notre alimentation et les interactions avec notre environnement, mais comporte également un facteur génétique. La sensibilité du cerveau à ces neurotransmetteurs est entièrement déterminée par les gènes, notamment le nombre de recepteurs et de transporteurs pour chacun de ces neurotransmetteurs.
  • Un faible niveau de sérotonine augmentent le risque de suicide, de dépression, d'anxiété, et de violence. Les hydrates de carbone et le cholestérol augmentent les niveaux de sérotonine.
  • Un taux excessif de dopamine peut mener à la schizophrénie. Un niveau de dopamine trop faible engendre de l'ennui et une faible activité, et dans les cas extrêmes la maladie de Parkinson. Les variantes longues (7 répétitions ou plus) des récepteurs de dopamine D4 (DRD4) entrainent une utilisation plus rapide de la dopamine dans le cerveau. Les individus possédant cette variante sont généralement plus attirés par la nouveauté, les sensations fortes et les aventures pour compenser ce taux de dopamine naturellement moins élevé. De même, le nombre de récepteurs de dopamine D2 (DRD2) influence le risque d'alcoolisme, de dépendence à la nicotine ou de schizophrénie. Il est facile de savoir quelles variantes on possède en faisant un test ADN.

Immunité et évolution

  • Certaines personnes possèdent une délétion dans le gène CCR5, ce qui rend ces individus plus résistants (si héritée d'un seul parent) ou même complétement immunisé (si hérité des deux parents) contre la variole, le VIH (sida), la peste et d'autres virus (par exemple le virus du Nil occidental). Cette mutation est plus courante en dans le nord-est de l'Europe, notamment dans les pays baltes, en Suède et en Finlande.
  • Le groupe sanguin ABO the est lié à la resitance au choléra, le groupe AB conférant la plus forte résistance, et O la plus faible. En revanche, le groupe sanguin O semble être le plus résistant contre le paludisme et la syphilis et moins sensibles à nombreux types de cancers. Le groupe sanguin ABO influe sur de nombreux autres risques de maladies.
  • Beaucoup de maladies génétiques ont survécu à la sélection naturelle parce qu'elles confèrent une immunité contre les maladies épidémiques. Par exemple, la mutation de CFTR qui cause la mucoviscidose protège contre la dysenterie et la fièvre typhoïde. La thalassémie et la drépanocytose sont confèrent toutes les deux une protection contre le paludisme. la résistance génétique à la tuberculose a pour effet secondaire une susceptibilité accrue à l'ostéoporose. La maladie de Tay-Sachs, qui touche surtout chez les personnes de descendance juive ashkénaze, protège également contre la tuberculose.
  • Il a été démontré que les hommes et les femmes sont plus attirés par l'odeur des personnes dont le système immunitaire est le plus différent du leur. Il s'agit d'un moyen de la nature de prévenir la consanguinité. Les différences de système immunitaire peuvent être identifiés en comparant notamment les typages HLA, parmi d'autres gènes du complexe majeur d'histocompatibilité (MHC).

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