Génome et santé : mutations, maladies multifactorielles, cancers

Mutations et maladie monogénique (mucoviscidose, catalogue d’allèles, traitements, thérapie génique), arbres généalogiques et risque génétique, maladies multifactorielles et facteurs de l’environnement, épidémiologie et risque relatif, cancérisation, facteurs de risque et prévention des cancers.

À propos de cette page

Six problèmes sur documents : le catalogue des allèles de la mucoviscidose, l’achondroplasie et les mutations nouvelles, jumeaux et mode de vie dans le diabète de type 2, la vaccination contre les papillomavirus, aflatoxine et hépatite B dans le cancer du foie, tabac, alcool et cancers des femmes.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document : sa nature (arbre, tableau de données, résultats d’étude), sa source, si les valeurs sont réelles ou choisies, et ce qui est compté (patients, paires, cas pour 100 000).
Je repère le type de raisonnement : transmission dans une famille, catalogue d’allèles, part des gènes et de l’environnement, comparaison de groupes, évolution dans le temps.
Je calcule dans l’ordre des questions : probabilités (produit, contraire), fréquences (cas ÷ effectif), risque relatif, facteur d’augmentation, évolution en %.
J’interprète en termes de probabilité : un facteur de risque augmente un risque, il ne rend pas la maladie certaine ; je cherche un facteur de confusion.
Je conclus par une phrase qui répond, et je propose si besoin une mesure : traitement, dépistage, vaccination, changement d’exposition.

Problème 1 · Un gène, des centaines d’allèles : le catalogue de la mucoviscidose★★★Facile

Document 1 — Quelques allèles du registre français de la mucoviscidose (bilan 2024 ; 7 873 patients ; nombre de patients portant au moins une copie de l’allèle). Parmi les porteurs de F508del, 3 157 en ont deux copies (F508del/F508del).

Allèle	F508del	G542X	G551D	W1282X
Patients	6 539	427	138	115

Document 2 — Effet de ces allèles sur la protéine CFTR. F508del : protéine mal repliée, détruite avant d’atteindre la membrane. G542X et W1282X : codon stop prématuré, aucune protéine fonctionnelle. G551D : protéine présente dans la membrane, mais qui s’ouvre très rarement.

Document 3 — Les modulateurs. Un correcteur aide une protéine mal repliée à gagner la membrane ; un potentiateur augmente l’ouverture des canaux présents dans la membrane.

1. Part des patients portant au moins un allèle G542X : % (arrondi au dixième)
427 ÷ 7 873 ≈ 0,0542, soit 5,4 %.
2. Part des patients portant au moins un allèle W1282X : % (arrondi au dixième)
115 ÷ 7 873 ≈ 0,0146, soit 1,5 %.
3. Nombre de patients qui portent un seul allèle F508del :
6 539 − 3 157 = 3 382 patients.
4. Nombre total d’allèles F508del chez les patients du registre :
2 × 3 157 + 3 382 = 6 314 + 3 382 = 9 696 allèles : les homozygotes comptent deux fois.
5. Part de F508del parmi les 15 746 allèles CFTR des patients : % (arrondi au dixième)
9 696 ÷ 15 746 ≈ 0,6158, soit 61,6 % des allèles, alors que 83,1 % des patients portent au moins un F508del : une fréquence d’allèle n’est pas une part de patients.
6. Patient G542X/W1282X : nombre de ses allèles qui produisent une protéine sur laquelle un modulateur peut agir :
0 : aucune protéine fonctionnelle n’est produite ; ni correcteur ni potentiateur n’ont de cible. Seule une thérapie génique pourrait l’aider.

Problème 2 · L’achondroplasie : une maladie dominante dans une famille★★★Moyen

Document 1 — Arbre généalogique d’une famille.

Document 2 — La maladie (MedlinePlus, bibliothèque nationale de médecine des États-Unis). L’achondroplasie, qui raccourcit surtout les membres, est due à un allèle muté du gène FGFR3 et se transmet sur le mode autosomique dominant. Elle touche entre une naissance sur 15 000 et une sur 40 000. Environ 80 % des personnes atteintes ont des parents non atteints. Une personne qui hérite de deux allèles mutés présente une forme très sévère, le plus souvent mortelle peu après la naissance.

1. II-2 est atteint alors qu’aucun de ses parents ne l’est : son allèle muté est apparu par une mutation .
Une mutation nouvelle : avec un allèle dominant, un parent porteur serait lui-même atteint.
2. Cette mutation s’est produite dans une cellule d’un de ses parents, à l’origine d’un spermatozoïde ou d’un ovule.
Une cellule germinale : la mutation, présente dans la cellule-œuf, se retrouve dans toutes les cellules de II-2.
3. Pour III-1, l’allèle muté est-il nouveau ou hérité ?
Hérité de son père II-2, qui le porte dans toutes ses cellules, y compris celles qui donnent ses gamètes.
4. Probabilité que le prochain enfant de II-2 et II-3 soit atteint :
II-2 est hétérozygote (un seul allèle muté, de ses parents non atteints) : il transmet l’allèle muté avec $\frac{1}{2}$ ; II-3 ne le porte pas.
5. Deux personnes atteintes, hétérozygotes, ont un enfant. Probabilité qu’il ait la forme très sévère :
Il doit recevoir l’allèle muté de chacun : $\frac{1}{2} \times \frac{1}{2} = \frac{1}{4}$ ; il est atteint (forme habituelle) avec $\frac{1}{2}$ et non atteint avec $\frac{1}{4}$ .
6. Sur 50 personnes atteintes, combien environ ont des parents non atteints ?
0,8 × 50 = 40 (80 % des 50) : la plupart des cas viennent d’une mutation nouvelle, pas d’une transmission familiale.

Problème 3 · Diabète de type 2 : jumeaux et mode de vie★★★Moyen

Document 1 — Une étude de jumeaux (Kaprio et al., 1992). 13 888 paires de jumeaux finlandais de même sexe ont été suivies grâce aux registres de santé. Parmi les paires où au moins un jumeau a un diabète de type 2, les deux jumeaux sont atteints dans 20 % des paires de monozygotes et dans 9 % des paires de dizygotes.

Document 2 — Changer de mode de vie (Tuomilehto et al., 2001). 522 adultes finlandais en surpoids, dont la glycémie reste anormalement élevée après un repas sucré, sont tirés au sort : 265 reçoivent des conseils personnalisés et suivis (alimentation, perte de poids, activité physique), 257 forment le groupe témoin. Au bout de quatre ans, un diabète est apparu chez 11 % des premiers et 23 % des seconds.

1. Rapport entre la concordance des monozygotes et celle des dizygotes (arrondi au dixième) :
20 ÷ 9 ≈ 2,2 : les jumeaux de même génotype sont deux fois plus souvent concordants → part génétique.
2. Dans % des paires de monozygotes touchées, un seul jumeau est atteint.
100 − 20 = 80 % : à génotype identique, la maladie n’apparaît souvent que chez l’un → part de l’environnement.
3. Si tous avaient été suivis quatre ans, nombre attendu de personnes devenues diabétiques dans le groupe conseillé (arrondi à l’unité) :
0,11 × 265 = 29,15, soit environ 29 (11 % est une proportion cumulée à quatre ans, estimée par l’étude).
4. Même calcul dans le groupe témoin :
0,23 × 257 = 59,11, soit environ 59.
5. Risque relatif du groupe conseillé par rapport au groupe témoin (arrondi au centième) :
11 ÷ 23 ≈ 0,48 : le risque est à peu près divisé par deux.
6. Une étude où l’on modifie l’exposition après un tirage au sort est une étude d’.
Une étude d’intervention : le tirage au sort rend les deux groupes comparables, ce qui renforce l’idée d’une relation de cause à effet.

Problème 4 · Papillomavirus : vacciner et dépister★★★Moyen

Document 1 — En France (Institut national du cancer). Environ 6 400 cancers par an sont dus aux papillomavirus humains (HPV) : col de l’utérus, anus, gorge, organes génitaux. Le cancer du col de l’utérus : 3 159 nouveaux cas en 2023 et 1 117 décès en 2018.

Document 2 — Une étude suédoise (Lei et al., 2020). 1,67 million de filles et de femmes de 10 à 30 ans ont été suivies de 2006 à 2017. Un cancer du col a été diagnostiqué chez 19 femmes vaccinées contre les HPV et 538 non vaccinées. À 30 ans, on compte 47 cancers pour 100 000 femmes vaccinées et 94 pour 100 000 non vaccinées. Chez les femmes vaccinées avant 17 ans, le risque est multiplié par 0,12 par rapport aux femmes non vaccinées.

1. Part approximative du cancer du col parmi les cancers dus aux HPV : % (arrondi à l’unité)
3 159 ÷ 6 400 ≈ 0,494, soit environ 49 % : à peu près la moitié (les deux chiffres ne portent pas exactement sur la même année).
2. À 30 ans, pour 100 000 femmes, la vaccination évite environ cancers du col.
94 − 47 = 47 cancers de moins pour 100 000 femmes.
3. Risque relatif des femmes vaccinées par rapport aux non vaccinées, d’après les nombres à 30 ans :
47 ÷ 94 = 0,5 : le risque est divisé par deux, tous âges de vaccination confondus.
4. Pour les femmes vaccinées avant 17 ans, le risque baisse de %.
1 − 0,12 = 0,88, soit une baisse de 88 %.
5. La vaccination est plus efficace jeune, car le vaccin prévient l’ mais ne la guérit pas.
L’infection : il faut vacciner avant l’exposition au virus, donc avant les premiers rapports sexuels.
6. Le dépistage reste conseillé aux femmes vaccinées, car le vaccin ne protège pas contre tous les de HPV.
Tous les types de HPV : le dépistage du col reste recommandé de 25 à 65 ans.

Problème 5 · Cancer du foie : une moisissure et un virus★★★Difficile

Document 1 — L’aflatoxine B1. Cette toxine est produite par une moisissure, Aspergillus flavus, qui se développe sur des céréales et des arachides stockées dans la chaleur et l’humidité. C’est un agent mutagène, classé cancérogène pour l’humain par le CIRC.

Document 2 — Une étude à Shanghai (Qian et al., 1994), menée dans une cohorte de 18 244 hommes. Risque relatif de cancer du foie par rapport aux hommes qui ne présentent aucun des deux facteurs :

Facteur	aflatoxine seule (trouvée dans les urines)	infection chronique par le virus de l’hépatite B seule	les deux
Risque relatif	3,4	7,3	59,4

Document 3 — Vacciner à Taïwan (Chang et al., 1997). La vaccination de tous les nouveau-nés contre l’hépatite B y a commencé en juillet 1984. Chez les enfants de 6 à 14 ans, l’incidence du cancer du foie est passée de 0,70 cas pour 100 000 enfants par an (1981-1986) à 0,36 (1990-1994).

1. Pris seul, le facteur qui augmente le plus le risque est le virus de l’.
Le virus de l’hépatite B : 7,3 contre 3,4.
2. Si les effets se multipliaient simplement, le risque relatif des deux facteurs réunis vaudrait (au centième).
3,4 × 7,3 = 24,82.
3. Le risque observé avec les deux facteurs est fois plus grand que ce produit (arrondi au dixième).
59,4 ÷ 24,82 ≈ 2,4 : les deux facteurs se renforcent l’un l’autre, au-delà d’un simple cumul.
4. Baisse de l’incidence du cancer du foie chez les enfants de Taïwan : % (arrondi à l’unité)
(0,70 − 0,36) ÷ 0,70 ≈ 0,486, soit une baisse d’environ 49 %.
5. Contre l’aflatoxine, une mesure de prévention consiste à stocker céréales et arachides au .
Au sec (et au frais) : la moisissure ne se développe pas, il n’y a pas de toxine à éviter.
6. À Taïwan, la baisse ne touche d’abord que les enfants, car les adultes de 1990 n’avaient pas été à la naissance.
Ils n’avaient pas été vaccinés : la vaccination commencée en 1984 ne protège que les générations nées ensuite.

Problème 6 · Tabac, alcool et cancers des femmes★★★Difficile

Document 1 — Part des cancers des femmes attribuables à chaque facteur en France (CIRC, 2018).

Facteur	en 2000	en 2015
Tabac	6,1 %	8,0 %
Alcool	4,5 %	7,3 %

Document 2 — Évolution de l’incidence entre 1980 et 2012 (registres des cancers, évolution moyenne par an). Cancer du poumon : hommes + 0,1 %, femmes plus de + 5,5 %. Cancers de la lèvre, de la bouche, du pharynx, de l’œsophage et du larynx : femmes de + 1,1 à + 1,7 %, hommes de − 2,6 à − 2,8 %.

Document 3 — L’explication du CIRC. « La prévalence de l’exposition au tabac et à l’alcool a augmenté chez les femmes et a entraîné une augmentation des cancers associés. »

1. Hausse de la part des cancers des femmes attribuables au tabac entre 2000 et 2015 : points
8,0 − 6,1 = 1,9 points.
2. Entre 2000 et 2015, la part attribuable à l’alcool a été multipliée par (arrondi au dixième).
7,3 ÷ 4,5 ≈ 1,6, contre 8,0 ÷ 6,1 ≈ 1,3 pour le tabac : la hausse liée à l’alcool est la plus forte.
3. Une hausse de 5,5 % par an multiplie l’incidence, chaque année, par .
1 + 5,5 ÷ 100 = 1,055.
4. En 10 ans, à + 5,5 % par an, l’incidence du cancer du poumon des femmes est multipliée par environ (arrondi au centième).
$1, 055^{10} \approx 1, 708$ , soit environ 1,71 (et non 1 + 10 × 0,055 = 1,55 : les hausses se cumulent).
5. De 1980 à 2012 (32 ans), toujours à + 5,5 % par an, elle est multipliée par environ (arrondi au centième).
$1, 055^{32} \approx 5, 547$ , soit environ 5,55 : plus de cinq fois plus de cas pour 100 000 femmes.
6. Décrire l’évolution d’une fréquence dans le temps relève de l’épidémiologie .
Épidémiologie descriptive ; le lien avec le tabac et l’alcool s’appuie sur les études analytiques (cohortes, cas-témoins) et sur l’évolution des expositions.

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