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Un exemple : la drépanocytose

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Objectif
La drépanocytose est une maladie de l'hémoglobine. Elle touche des millions de personnes dans le monde, notamment en Afrique équatoriale, ainsi que dans les populations noires aux Etats-Unis et quelques milliers de personnes en France.

1. L'hémoglobine (Hb)

C'est une protéine formée de quatre chaînes polypeptidiques identiques deux à deux : deux chaînes alpha et deux chaînes bêta. Cette protéine est chargée du transport du dioxygène dans le sang. Elle se combine de façon réversible au dioxygène selon l'équation suivante :

Hb + O₂ ⇔ HbO₂

HbO₂ est nommée oxyhémoglobine.

2. Gènes codant pour l'hémoglobine

Ces deux paires de chaînes polypeptidiques ont pour origine deux gènes : un gène codant pour la chaîne alpha et un gène codant pour la chaîne béta.

Plusieurs centaines d'allèles du gène codant pour la chaîne ß sont actuellement connus, certains très répandus et d'autres très rares. L'allèle considéré comme normal est le plus répandu dans la population.

L'allèle à l'origine de la drépanocytose est actuellement connu et identifié. Sa séquence de nucléotides ne diffère de celle de l'allèle normal que par un nucléotide : le gène codant pour la chaîne ß a donc subi une mutation ponctuelle par substitution. La chaîne ß anormale possède simplement un acide aminé différent de celui de la chaîne normale, qui affecte la fonction de l'hémoglobine : l'acide glutamique est remplacé par de la valine chez les personnes atteintes.

L'hémoglobine normale est appelée HbA, la forme anormale est appelée HbS. Quelles sont alors les conséquences ?

3. Phénotype à l'échelle de l'organisme et de la cellule

• Phénotype à l'échelle de l'organisme : les signes morphologiques.

Un individu atteint de drépanocytose est, sur le plan morphologique, identique à un individu sain. Les seules manifestations sont une grave anémie due à un taux d'hémoglobine trop bas et des crises douloureuses au niveau ddes articulations.
C'est une maladie mortelle qui touche aussi bien les enfants que les adultes.

• Aspect des globules rouges : les signes cellulaires.

Les hématies d'un sujet atteint de drépanocytose ont une forme de faucille (hématies falciformes).
Ces globules rouges sont beaucoup plus raides et plus fragiles que les globules rouges normaux : ils se cassent facilement dans les vaisseaux sanguins, l'hémoglobine est alors libérée et éliminée, créant ainsi l'anémie.
De plus, ces hématies circulent difficilement dans les capillaires sanguins, car elles sont moins souples et moins déformables. Les capillaires sont des vaisseaux d'un diamètre minuscule, par conséquent les hématies falciformes se bloquent dans les capillaires et entravent la circulation, provoquant les crises douloureuses au niveau des articulations.
La déformation des hématies est liée à la présence de HbS : les molécules de HbS tendent à s'unir entre elles (elles se polymérisent) pour donner de longues fibres qui déforment les globules rouges.

L'essentiel

La drépanocytose illustre parfaitement la relation protéine-phénotype. Cette maladie provoque en effet des signes cliniques tant au niveau de l'organisme, que de la cellule et de la molécule.

À l'origine, un gène muté provoque la transformation de la protéine responsable du transport du sang, l'hémoglobine. Celle-ci, en se déformant, fait perdre ses qualités aux hématies, les cellules du sang. Moins mobiles, elles n'assurent plus normalement le transport du dioxygène dans l'organisme, ou se cassent. Anémie et douleurs articulaires sont les signes visibles de la maladie.