Introduction
La trisomie 21, également connue sous le nom de syndrome de Down, est une anomalie chromosomique relativement fréquente chez l'humain. Elle est caractérisée par la présence d'un chromosome 21 supplémentaire, ce qui porte le nombre total de chromosomes à 47 au lieu de 46. Cette anomalie génétique entraîne des modifications de la face, des anomalies cardiaques, des problèmes visuels et auditifs, et un retard mental léger à modéré. Cet article explorera les mécanismes cellulaires à l'origine de la trisomie 21, en mettant l'accent sur les erreurs survenant lors de la méiose.
Les bases de l'hérédité : gènes, chromosomes et caryotype
Caractères spécifiques et héréditaires
Nous partageons des caractères propres à notre espèce, ce sont des caractères spécifiques. On appelle caractère héréditaire un caractère qui se retrouve à travers des générations successives dans une même famille. Les facteurs environnementaux peuvent modifier certains caractères.
Diversité intraspécifique
Nous sommes 7 milliards d’humains tous différents. Comment expliquer une telle diversité (intraspécifique) avec seulement 23 paires de chromosomes ? Qu'est-ce qui caractérise le groupe sanguin? Comment expliquer la variabilité du groupe sanguin ABO?
Information génétique et multiplication cellulaire
Comment l’information génétique est-elle conservée lors de la multiplication cellulaire ?
Caryotype normal
Le caryotype est l'arrangement standard des chromosomes d'une cellule, classés par paires et par taille. Chez l'humain, le caryotype normal comprend 23 paires de chromosomes, soit 46 chromosomes au total. Chaque paire est constituée de deux chromosomes homologues, l'un provenant du père et l'autre de la mère.
Lire aussi: Exercice pendant la grossesse
Méiose et fécondation : maintien de la stabilité du caryotype
La méiose et la fécondation sont deux processus clés qui assurent la stabilité du caryotype d'une espèce.
Méiose
La méiose est un type particulier de division cellulaire qui se produit lors de la formation des gamètes (spermatozoïdes et ovules). Elle est constituée de deux divisions cellulaires successives. La première division sépare les paires de chromosomes ou bivalents et réduit donc de moitié le nombre de chromosomes. La seconde division sépare les chromatides de chaque chromosome. Le nombre de chromosomes n’est pas réduit. On passe simplement de deux cellules à n chromosomes doubles chacune à 4 cellules à n chromosomes simples chacune. On parle de division équationnelle. Lors de cette division, il y a donc un brassage des chromosomes de part et d’autre de l’équateur de la cellule, on parle de brassage inter-chromosomique. Lors de la méiose en prophase de première division, des échanges de portions de chromatides se produisent entre les chromosomes homologues d’une même paire, au moment où ils sont étroitement accolés. Ce phénomène est le crossing-over : des allèles d’un chromosome peuvent alors être échangés avec les allèles portés par le chromosome homologue. Si nous possédons 23 paires de chromosomes c’est parce que nous en avons reçu un de chaque sorte de chacun de nos parents.
La méiose est une suite de deux divisions précédées d'une seule réplication assurant le passage de la diploïdie à l'haploïdie à partir d'une cellule mère de gamètes. La première division sépare les chromosomes homologues, donnant deux cellules filles à n chromosomes à deux chromatides. La seconde division sépare des chromatides de chaque chromosome donnant des gamètes à n chromosomes à une chromatide (1 exemplaire de chaque chromosome).
Ainsi, chaque gamète ne contient que la moitié du nombre de chromosomes d'une cellule somatique (non reproductrice). Chez l'humain, les gamètes contiennent 23 chromosomes.
Fécondation
La fécondation est la fusion d'un spermatozoïde et d'un ovule. Lors de la fécondation, les noyaux des deux gamètes fusionnent, rétablissant le nombre normal de chromosomes (46 chez l'humain). La cellule résultante, appelée zygote ou cellule-œuf, possède donc un caryotype diploïde (2n).
Lire aussi: Guide exercices post-césarienne
La fécondation est la fusion des deux gamètes haploïdes qui assure le retour à la diploïdie (2 exemplaires de chaque chromosome). La méiose fournit des cellules haploïdes, et la fécondation rétablit le caryotype de départ. La méiose et la fécondation sont des mécanismes complémentaires.
Les causes de la trisomie 21
La trisomie 21 survient lorsqu'il y a une erreur lors de la méiose, entraînant la présence d'un chromosome 21 supplémentaire dans le zygote. Cette erreur est appelée non-disjonction. La non-disjonction peut se produire lors de la première ou de la deuxième division méiotique, soit chez la mère (ovogenèse), soit chez le père (spermatogenèse), bien qu'elle soit plus fréquente chez la mère.
Non-disjonction en première division méiotique
Dans ce cas, une paire de chromosomes 21 homologues ne se sépare pas lors de la première division méiotique. Par conséquent, un gamète reçoit deux exemplaires du chromosome 21, tandis que l'autre gamète n'en reçoit aucun. Si un gamète contenant deux chromosomes 21 féconde un gamète normal, le zygote résultant aura trois chromosomes 21, ce qui entraînera la trisomie 21.
Non-disjonction en deuxième division méiotique
Dans ce cas, les chromatides sœurs d'un chromosome 21 ne se séparent pas lors de la deuxième division méiotique. Par conséquent, un gamète reçoit deux chromatides du chromosome 21, tandis que l'autre gamète n'en reçoit aucune. Si un gamète contenant deux chromatides du chromosome 21 féconde un gamète normal, le zygote résultant aura trois chromosomes 21, ce qui entraînera la trisomie 21.
Autres causes
Dans 92,3 % des cas, la trisomie 21 est due à la présence de trois chromosomes 21 indépendants. La cause la plus courante de cette trisomie (soit 61.7% des cas) est une mauvaise répartition des chromosomes homologues lors de la première division de méiose maternelle ce qui produit soit un ovocyte présentant un chromosome supplémentaire soit un ovocyte à qui il manque 1 chromosome. Dans cette anomalie de première division, il y a absence de séparation des chromosomes homologues de la paire 21. La fabrication des ovocytes (ovogénèse) est une méiose particulière car si elle partage équitablement les chromosomes, la division dans l’espace n’est pas équitable concernant le volume cytoplasmique. La première division donnera, à partir d’une cellule appelée ovocyte I, une cellule-fille de volume quasiment normal appelée ovocyte II et une cellule-fille de taille très réduite appelée « globule polaire » et destinée à disparaître. L’ovocyte II amorcera la deuxième division de méiose mais restera bloqué en métaphase II jusqu’ à la fécondation. Une fois celle-ci effectuée, la deuxième division se terminera. La cellule obtenue est donc un ovule mature possédant déjà le noyau du spermatozoïde. Dans 15,3 % des cas, l’anomalie de division se passe en deuxième division de méiose maternelle. Dans ce cas la première division se réalise correctement et la paire de chromosomes doubles n°21 est séparée. Lors de la deuxième division, l’ovocyte II subira une anomalie de distribution : les chromatides sœurs du chromosome double 21 seront bien séparées mais non distribuées de part et d’autre de l’équateur. Ainsi si les deux chromatides restent dans la cellule destinée à être fécondée (l’ovule), celle-ci engendrera une cellule-oeuf présentant une trisomie 21. Pour les cas restants de trisomie 21, cette dernière est due à la présence de deux chromosomes 21 indépendants et d’un chromosome 21 fusionné avec un autre chromosome comme le chromosome 13. Même s’il n’y a pas trois chromosomes 21 visibles au caryotype, l’information du chromosome 21 est présente en trois exemplaires car on la retrouve sur le chromosome 13.
Lire aussi: Bien-être maternel
Certains gamètes contiennent deux chromatides 21 homologues. Lors de la fusion avec un gamète normal contenant une chromatide 21, on obtient un zygote ayant trois exemplaires du chromosome 21. Ce zygote donnera un individu atteint de trisomie 21.
Représentation schématique
- Schéma 1 : Non-séparation des chromosomes homologues lors de la 1re division en anaphase I. Une cellule fille hérite d'une paire de chromosomes 21, l'autre d'aucun. La seconde division donne deux cellules avec deux chromatides de chromosome 21 et deux autres sans chromosome 21.
- Schéma 2 : Non-séparation des chromatides d'un chromosome 21 lors de la 2e division en anaphase II. Une cellule fille hérite des deux chromatides du chromosome 21 et l'autre d'aucune. Les deux cellules filles de l'autre division II sont normales.
Autres anomalies chromosomiques
Ce type d’anomalies touche toutes les paires de chromosomes. Dans la plupart des cas ces anomalies sont éliminées car les embryons formés ne sont pas viables : on parle d’avortement spontané.
Outre la trisomie 21, d'autres anomalies chromosomiques peuvent survenir, telles que les trisomies 13 et 18, la monosomie X (syndrome de Turner) et le syndrome de Klinefelter (XXY). Ces anomalies ont des conséquences variables sur le développement et la santé des individus atteints.
La trisomie 18 touche 1 naissance sur 8000 et l’espérance de vie de l’enfant est de 18 à 25 mois. Elle est caractérisée par un retard de croissance, une petite tête de forme anormale avec le nez retroussé et une petite bouche, de nombreuses anomalies des membres. On peut citer par exemple la trisomie XXY appelée syndrome de Klinefelter qui touche un enfant sur 5000. La présence du chromosome X supplémentaire perturbe la mise en route de l’appareil reproducteur mâle et donc la mise en place des caractères sexuels secondaires. Les garçons atteints sont stériles et présentent une silhouette longiligne, une poitrine de type légèrement féminin ainsi qu’une absence de pilosité. Les caractères sexuels secondaires sont normalement mis en place sous l’influence de l’hormone masculine appelée testostérone. Les testicules étant petits et inactifs, cette hormone n’est pas produite ce qui est à l’origine d’une absence de puberté. La monosomie Y n’est pas viable. En effet, le chromosome X possède entre autres, les gènes responsables de la mise en place de l’appareil reproducteur embryonnaire. Le chromosome Y possède le gène SRY responsable de la différenciation de l’appareil reproducteur embryonnaire en appareil reproducteur mâle. Ce gène est donc inopérant en l’absence de X. La monosomie X ou syndrome de Turner touche 1 fille sur 500. Elle est viable mais rare car les embryons atteints sont fragiles et 98 % des grossesses débouchent sur une fausse couche précoce. Cette monosomie occasionne un retard de croissance ; des problèmes de fertilité ; l’apparition de lymphœdèmes, des anomalies de type cardiovasculaires, rénales, osseuses, O.R.L. et endocriniennes. La suspicion de ce syndrome peut arriver pendant la grossesse mais il est plus souvent détecté soit dans l’enfance soit dans l’adolescence lorsque les règles ne surviennent pas. Il n’existe pas de traitement au syndrome de Turner.
- Monosomie : B.
- Trisomie : A.
- Polyploïdie : C.
Diagnostic et prise en charge
La trisomie 21 peut être diagnostiquée pendant la grossesse grâce à des tests de dépistage et de diagnostic prénatal, tels que l'amniocentèse et la choriocentèse. Après la naissance, le diagnostic est confirmé par l'analyse du caryotype de l'enfant.
Les personnes atteintes de trisomie 21 nécessitent une prise en charge multidisciplinaire, comprenant un suivi médical régulier, une éducation spécialisée et un accompagnement psychologique. Grâce aux progrès de la médecine et de l'éducation, les personnes atteintes de trisomie 21 peuvent mener une vie épanouissante et contribuer à la société.
Conclusion
La trisomie 21 est une anomalie chromosomique complexe dont les causes résident principalement dans des erreurs survenant lors de la méiose. La compréhension des mécanismes cellulaires à l'origine de cette anomalie est essentielle pour améliorer le dépistage, le diagnostic et la prise en charge des personnes atteintes de trisomie 21.
tags: #exercice #corrigé #brevet #SVT #origine #trisomie