Biologie pour les majeurs I

De tous les troubles chromosomiques, les anomalies du nombre de chromosomes sont les plus clairement identifiables à partir d’un caryogramme. Les troubles du nombre de chromosomes comprennent la duplication ou la perte de chromosomes entiers, ainsi que des changements dans le nombre d’ensembles complets de chromosomes. Ils sont causés par la non-disjonction, qui se produit lorsque des paires de chromosomes homologues ou de chromatides sœurs ne se séparent pas pendant la méiose. Une synapse mal alignée ou incomplète, ou un dysfonctionnement de l’appareil du fuseau qui facilite la migration des chromosomes, peut provoquer une non-disjonction. Le risque de non-disjonction augmente avec l’âge des parents.

Une non-disjonction peut survenir au cours de la méiose I ou II, avec des résultats différents (figure 1). Si les chromosomes homologues ne se séparent pas pendant la méiose I, il en résulte deux gamètes dépourvus de ce chromosome particulier et deux gamètes avec deux copies du chromosome. Si les chromatides sœurs ne parviennent pas à se séparer pendant la méiose II, il en résulte un gamète dépourvu de ce chromosome, deux gamètes normaux avec une copie du chromosome et un gamète avec deux copies du chromosome.

Question pratique

Figure 1. La non-disjonction se produit lorsque les chromosomes homologues ou les chromatides sœurs ne se séparent pas pendant la méiose, ce qui entraîne un nombre de chromosomes anormal. Une non-disjonction peut survenir au cours de la méiose I ou de la méiose II.

Laquelle des déclarations suivantes sur la non-disjonction est vraie?

1. La non-disjonction n’entraîne que des gamètes avec des chromosomes n+ 1 ou n–1.
2. La non-disjonction survenant au cours de la méiose II entraîne 50% de gamètes normaux.
3. La non-disjonction pendant la méiose I donne 50% de gamètes normaux.
4. La non-disjonction entraîne toujours quatre types de gamètes différents.

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La réponse b est vraie.

Aneuploïdie

Figure 2. L’incidence d’avoir un fœtus atteint de trisomie 21 augmente considérablement avec l’âge maternel.

Un individu ayant le nombre approprié de chromosomes pour son espèce est appelé euploïde; chez l’homme, l’euploïdie correspond à 22 paires d’autosomes et à une paire de chromosomes sexuels. Un individu avec une erreur dans le nombre de chromosomes est décrit comme aneuploïde, un terme qui inclut la monosomie (perte d’un chromosome) ou la trisomie (gain d’un chromosome étranger). Les zygotes humains monosomiques qui manquent une copie d’un autosome échouent invariablement à se développer à la naissance parce qu’ils manquent de gènes essentiels. Cela souligne l’importance du « dosage des gènes » chez l’homme. La plupart des trisomies autosomiques ne parviennent pas non plus à se développer jusqu’à la naissance; cependant, la duplication de certains des plus petits chromosomes (13, 15, 18, 21 ou 22) peut entraîner une progéniture qui survit pendant plusieurs semaines à plusieurs années. Les individus trisomiques souffrent d’un autre type de déséquilibre génétique: un excès de dose génétique. Les individus avec un chromosome supplémentaire peuvent synthétiser une abondance des produits géniques codés par ce chromosome. Cette dose supplémentaire (150%) de gènes spécifiques peut entraîner un certain nombre de défis fonctionnels et empêche souvent le développement. La trisomie la plus fréquente parmi les naissances viables est celle du chromosome 21, qui correspond au syndrome de Down. Les personnes atteintes de ce trouble héréditaire sont caractérisées par une petite taille et des chiffres rabougris, des distinctions faciales comprenant un crâne large et une grande langue, et des retards de développement importants. L’incidence du syndrome de Down est corrélée à l’âge maternel; les femmes plus âgées sont plus susceptibles de tomber enceintes de fœtus porteurs du génotype de la trisomie 21 (figure 2).

Polyploïdie

Figure 3. Comme beaucoup de plantes polyploïdes, cette hémérocalle orange triploïde (Hemerocallis fulva) est particulièrement grande et robuste, et pousse des fleurs avec le triple du nombre de pétales de ses homologues diploïdes. (crédit : Steve Karg)

Un individu avec plus que le nombre correct d’ensembles chromosomiques (deux pour les espèces diploïdes) est appelé polyploïde. Par exemple, la fécondation d’un ovule diploïde anormal avec un spermatozoïde haploïde normal donnerait un zygote triploïde. Les animaux polyploïdes sont extrêmement rares, avec seulement quelques exemples parmi les vers plats, les crustacés, les amphibiens, les poissons et les lézards. Les animaux polyploïdes sont stériles car la méiose ne peut pas se dérouler normalement et produit plutôt principalement des cellules filles aneuploïdes qui ne peuvent pas produire de zygotes viables. Rarement, les animaux polyploïdes peuvent se reproduire de manière asexuée par haplodiploïdie, dans laquelle un œuf non fécondé se divise mitotiquement pour produire une progéniture. En revanche, la polyploïdie est très courante dans le règne végétal, et les plantes polyploïdes ont tendance à être plus grandes et plus robustes que les euploïdes de leur espèce (Figure 3).

Non-disjonction des chromosomes sexuels chez l’homme

Les humains présentent des effets délétères dramatiques avec des trisomies autosomiques et des monosomies. Par conséquent, il peut sembler contre-intuitif que les femelles et les mâles humains puissent fonctionner normalement, malgré des nombres différents du chromosome X. Plutôt qu’un gain ou une perte d’autosomes, les variations du nombre de chromosomes sexuels sont associées à des effets relativement légers. En partie, cela est dû à un processus moléculaire appelé inactivation de l’X. Au début du développement, lorsque les embryons de mammifères femelles ne sont constitués que de quelques milliers de cellules (par rapport à des billions chez le nouveau-né), un chromosome X dans chaque cellule s’inactive en se condensant étroitement dans une structure quiescente (dormante) appelée corps de Barr. La chance qu’un chromosome X (dérivé maternel ou paternel) soit inactivé dans chaque cellule est aléatoire, mais une fois que l’inactivation se produit, toutes les cellules dérivées de celle-ci auront le même chromosome X inactif ou le même corps de Barr. Par ce processus, les femelles compensent leur double dose génétique de chromosome X.

Figure 4. Chez le chat, le gène de la couleur du pelage est situé sur le chromosome X. Dans le développement embryonnaire des chats femelles, l’un des deux chromosomes X est inactivé au hasard dans chaque cellule, ce qui donne un motif en écaille de tortue si le chat a deux allèles différents pour la couleur du pelage. Les chats mâles, n’ayant qu’un seul chromosome X, ne présentent jamais une couleur de pelage en écaille de tortue. (crédit : Michael Bodega)

Chez les chats dits « écaille de tortue », l’inactivation embryonnaire X est observée sous forme de panachure de couleur (Figure 4). Les femelles hétérozygotes pour un gène de couleur de pelage lié à l’X exprimeront l’une des deux couleurs de pelage différentes sur différentes régions de leur corps, correspondant au chromosome X inactivé dans le progéniteur de cellules embryonnaires de cette région.

Une personne portant un nombre anormal de chromosomes X inactivera tous les chromosomes X sauf un dans chacune de ses cellules. Cependant, même les chromosomes X inactivés continuent d’exprimer quelques gènes, et les chromosomes X doivent se réactiver pour la maturation appropriée des ovaires femelles. En conséquence, les anomalies du chromosome X sont généralement associées à des défauts mentaux et physiques légers, ainsi qu’à la stérilité. Si le chromosome X est complètement absent, l’individu ne se développera pas in utero.

Plusieurs erreurs dans le nombre de chromosomes sexuels ont été caractérisées. Les individus avec trois chromosomes X, appelés triplo-X, sont phénotypiquement féminins mais expriment des retards de développement et une fertilité réduite. Le génotype XXY, correspondant à un type de syndrome de Klinefelter, correspond à des individus phénotypiquement masculins avec de petits testicules, des seins élargis et des poils réduits. Des types plus complexes de syndrome de Klinefelter existent dans lesquels l’individu a jusqu’à cinq chromosomes X. Dans tous les types, chaque chromosome X sauf un subit une inactivation pour compenser l’excès de dosage génétique. Cela peut être vu comme plusieurs corps de Barr dans chaque noyau cellulaire. Syndrome de Turner, caractérisé comme un génotype X0 (i.e., un seul chromosome sexuel), correspond à un individu phénotypiquement féminin avec une petite taille, une peau palmée dans la région du cou, des déficiences auditives et cardiaques et une stérilité.

Duplications et délétions

En plus de la perte ou du gain d’un chromosome entier, un segment chromosomique peut être dupliqué ou perdu. Les duplications et les suppressions produisent souvent une progéniture qui survit mais présente des anomalies physiques et mentales. Les segments chromosomiques dupliqués peuvent fusionner avec les chromosomes existants ou peuvent être libres dans le noyau. Cri-du-chat (du français pour « cri du chat ») est un syndrome associé à des anomalies du système nerveux et à des caractéristiques physiques identifiables qui résultent d’une délétion de la majeure partie de 5p (le petit bras du chromosome 5) (Figure 5). Les nourrissons avec ce génotype émettent un cri aigu caractéristique sur lequel le nom du trouble est basé.

Figure 5. Cette personne atteinte du syndrome de cri-du-chat se manifeste à l’âge de deux, quatre, neuf et 12 ans. (crédit : Paola Cerruti Mainardi)

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