S.V.T secondaire

Patrimoine génétique et maladie

Dans ce chapitre nous allons nous intéresser à la relation entre le patrimoine génétique et certaines maladies appelées maladies génétiques. Nous prendrons comme exemples la mucoviscidose qui est une des maladies génétiques les plus fréquentes, puis le diabète de type II.

La mucoviscidose

Les symptômes de la mucoviscidose sont indiqués sur le schéma ci-dessous.

Le plus important est constitué par l'obstruction des voies respiratoires et digestives par un mucus particulièrement épais.

Les bronches sont tapissés par des cellules à mucus qui fabriquent une substance qui recouvrent toute la surface.

Une protéine dite CFTR intervient dans l'élaboration de ce mucus. Cette protéine est codée par un gène porté par le chromosome n° 7.

C'est la mutation de ce gène qui provoque la transformation du mucus et son épaississement qui entraîne l'obstruction des voies respiratoires et digestives.

Les mutations de ce gène sont nombreuses :

Elles entraînent la modification de structure de la protéine et donc la modification du mucus produit.

Dans le cas de famille frappée par une maladie héréditaire, on peut construire un arbre généalogique ou pédigrée.

Il est possible, alors de reconstituer le mode de transmission de la maladie en étudiant la descendance d'un couple, par exemple le couple I (1-2).

On peut affirmer que la mucoviscidose est un allèle récessif et que la maladie a une transmission autosomale (sur un chromosome non-sexuel, dans notre cas le n° 7).

Dans le cas de maladie génétique assez courante, il est parfois intéressant de connaître la répartition de l'allèle dans la population. Cela permet de connaître le risque d'avoir un enfant malade par un calcul simple.

Sur le document suivant, on a résumé les différents niveaux de phénotype d'un malade atteint de la mucoviscidose.

Même si on ne peut pas actuellement guérir d'une maladie génétique, il existe des traitements qui permettent d'améliorer la vie des malades et d'augmenter leur espérance de vie.

Traitement par aérosols

Kinésithérapie visant à la circulation du mucus

Actuellement on tente de mettre au point des thérapies géniques permettant le remplacement du gène muté par un gène normal. On utilise un virus vecteur permettant d'introduire le gène d'utilité dans les cellules. La loi de bioéthique n'autorise la thérapie génique que sur des cellules de la lignée somatique.

Les diabètes

Le diabète est une perturbation de la régulation du taux de sucre dans le sang (glycémie). C'est une maladie en pleine progression actuellement.

Il existe deux types de diabète :

— le diabète de type I, ou diabète insulino-dépendant (DID) qui apparaît chez les sujets jeunes. Il est du à la perturbation de sécrétion de l'insuline.

— le diabète de type II, ou diabète non insulino-dépendant (DNID) qui apparaît chez les sujets âgés. Il n'est pas lié à l'insuline.

Les deux diabètes présentent des caractères héréditaires.

Certaines études montrent une répartition ethnique du diabète de type II :

On peut constater que plus le niveau de vie des sujets est élevé et moins le diabète apparaît dans le groupe ethnique. Il y a donc aussi un facteur sociologique qui intervient dans l'apparition du diabète dans une population. Les gène du diabète de type II sont des gènes de susceptibilité qui ne s'exprime que lorsque les conditions sont réunis notamment l'âge.

On a remarqué que ce sont essentiellement les indiens (et les inuits) qui sont sensibles au diabète sur le continent américain. Une tribu a retenu particulièrement l'attention des chercheurs, celle des Pimas.

L'ensemble des indiens est arrivé en Amérique par la traversée du détroit de Bering lors des glaciations. D'origine sibérienne, ils doivent résister au froid et possèdent donc l'équipement génétique leur permettant de stocker de la graisse.

Ce qu est un avantage dans des climats froids, devient un risque lorsque les populations s'installent dans des zones moins rudes. Tant que leur régime alimentaire est resté frugale et leur travail physique intense, leur physiologie a parfaitement réagi.

Lorsque les Pimas sont passés au mode de vie américain, beaucoup plus riche en graisse et en sucre, leur organisme a réagi en devenant obèse et en développant des diabètes de type II.

Les Pimas mexicains qui ont conservé leur mode de vie ancestral, ne présentent pas ces problèmes de diabète et d'obésité.

La régulation de la glycémie

Nous venons de voir comment les glucides complexes sont transformés au cours de la digestion en molécules simples de glucose grâce à l'activité enzymatique. Nous allons maintenant, nous intéresser au devenir de ce glucose.

La constance de la glycémie

Observons la courbe de glycémie (taux de glucose dans le sang) d'un sujet sur 24 heures :

On peut constater des variations dues aux apports (repas) et aux sorties (activité physique, jeun du au sommeil) mais ces variations restent très pondérées. Il n'y a pas de grandes variations de la glycémie qui oscille autour de la valeur pivot de 1 g/l.

Si on compare deux sujets différents, on constate que cette même valeur de 1 g/l est le pivot mais que les oscillations peuvent être plus ou moins importantes. Il peut y avoir une régulation plus ou moins bonne.

Les travaux de Claude Bernard

Claude Bernard (1813-1878) est un des fondateurs de la physiologie animale au XIXème siècle. C'est aussi un des premiers savants à avoir théorisé une méthode scientifique fondée sur l'observation et une analyse détaillée des processus sans a priori idéologiques (Introduction à l'étude de la médecine expérimentale, 1865). En cela, il est aussi important que Darwin, dans son domaine. Ces travaux sur la glycémie sont un modèle de clarté et de rigueur.

La leçon de Claude Bernard (1889) par Léon Augustin Lhermitte (1844-1925)

Extraits de textes de Claude Bernard sur la glycémie

On peur refaire facilement aujourd'hui la célèbre expérience dite "du foie lavé" que Claude Bernard décrit dans son texte.

On constate qu'au début de l'expérience le foie contient du glucose. Après lavage à l'eau courante, il n'y a plus trace de glucose. Après un repos de 20 minutes environ, le test avec une bandelette Clinistix met de nouveau en évidence la présence de glucose. On peut donc affirmer qu'il y a création de glucose au niveau du foie.
On peut ensuite tester la présence de glycogène dans le foie par les méthodes classiques à l'eau iodée et à l'éthanol :

On obtient alors les résultats suivants :

— à gauche précipité blanchâtre de glycogène dans l'éthanol

— à droite coloration brun acajou par l'eau iodée

La circulation sanguine au niveau du foie

Le devenir du glucose dans l'organisme

Nous venons de voir que le glucose est stocké sous forme de glycogène dans le foie, mais que celui-ci peut redonner du glucose.

On appelle glycogénogenèse le stockage du glucose par le foie sous forme de glycogène et glycogénolyse la libération de glucose à partir du glycogène hépatique.

La glycogénogenèse se met en place dès que la glycémie du sujet passe au dessus d'un certain seuil alors que le glycogénolyse apparaît après un jeun, lorsque la glycémie du sujet est basse.

La glycogénolyse ne se fait pas directement, mais nécessite un intermédiaire, le glucose-6-phosphate.

Un certain nombre d'expériences ont montré que le glycogène n'était pas la seule molécule de stockage du glucose dans l'organisme. Une partie du glucose peut être stockée sous la forme de triglycérides :

On rappelle qu'une molécule de triglycéride est formée à partir d'une molécule de glycérol et de 3 molécules d'acides gras.

Le glucose est stocké sous forme de tricglycérides dans les cellules adipeuses ou adipocytes et dans le foie :

Schéma d'un adipocyte

Expériences sur le stockage des triglycérides

On peut donc résumer sur le schéma suivant les formes de stockage du glucose dans l'organisme :

On différencie deux grands types de réserves de glucose dans l'organisme :

— les réserves publiques qu'on trouve dans le foie et les adipocytes qui permettent de fournir du glucose à l'ensemble de l'organisme et qui jouent sur la glycémie

— les réserves privées du muscle. En effet le glycogène stocké dans le muscle ne sert qu'à celui-ci et le glucose ne revient jamais dans le reste de l'organisme.

Le rôle du pancréas dans la régulation de la glycémie

Une dissection de souris permet de mettre en place les différents organes intervenant dans la digestion et dans la régulation de la glycémie;

L'appareil digestif de l'homme se présente de la façon suivante :

Dès 1889, Minkowski et Von Mering mettent en évidence le double rôle du pancréas :

Les travaux décisifs ont été menés dans dans les années 20 par Frederick Banting (Prix Nobel 1923) et Charles Best.

Dès cette époque, on sait que le pancréas joue un double rôle :

— dans la digestion, en sécrétant des sucs pancréatiques (amylase pancréatique), le pancréas est une glande qui émet des produits dans le milieu extérieur et qui est donc une glande exocrine.

— dans la régulation de la glycémie par la sécrétion d'hormones dans le milieu intérieur, ce qui en fait une glande endocrine.

Structure du pancréas

Les acinus (90 % des cellules du pancréas) fabriquent le suc pancréatique qui se déverse dans les canaux excréteurs et rejoignent le duodénum (première partie de l'intestin grêle) via le canal de Wirsung.

Les îlots de Langerhans (10 % des cellules) fabriquent des hormones qui se déversent dans des vaisseaux sanguins.

Coupe de pancréas (à droite un îlot de Langerhans)

Le méthode d'immunofluorescence ont permis de mettre en évidence deux types de cellules dans les îlots de Langerhans : les cellules alpha et les cellules bêta.

— les cellules alpha, périphériques, sécrètent du glucagon`

— les cellules bêta, centrales, sécrètent de l'insuline.

Insuline et glucagon, sont des hormones. Les hormones sont des molécules sécrétées par les cellules d'une glande, véhiculées par la sang et qui agissent sur des cellules cibles.

L'insuline est une hormone polypeptidique de 61 acides aminés constituée de 2 chaînes.