La trisomie 21, également connue sous le nom de syndrome de Down, est une anomalie chromosomique caractérisée par la présence d'un troisième chromosome 21. Cet article explore les mécanismes qui assurent normalement la stabilité du caryotype, les perturbations de ces mécanismes qui conduisent à la trisomie 21, et les conséquences de cette anomalie.
Stabilité du Caryotype : Rôle de la Méiose et de la Fécondation
La stabilité du caryotype, c'est-à-dire le nombre et la structure des chromosomes dans une cellule, est assurée par deux processus essentiels : la méiose et la fécondation.
Méiose
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). Lors de la formation des gamètes (cellules reproductrices), la méiose réduit de moitié le nombre de chromosomes. Chaque gamète reçoit au hasard l'un ou l'autre des chromosomes de chaque paire, assurant ainsi une diversité génétique. 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.
Fécondation
La fécondation est la fusion des deux gamètes haploïdes qui assure le retour à la diploïdie (2 exemplaires de chaque chromosome). La fécondation joue un rôle crucial dans la création de l'originalité génétique de chaque individu. Elle rassemble les paires de chromosomes, rétablissant ainsi le nombre de chromosomes caractéristique de l'espèce. La méiose fournit des cellules haploïdes, et la fécondation rétablit le caryotype de départ. La méiose et la fécondation sont des mécanismes complémentaires.
Perturbations de la Méiose et Trisomie 21
La trisomie 21 survient lorsque, lors de la méiose, il y a une non-disjonction des chromosomes 21. Cela signifie que les chromosomes 21 ne se séparent pas correctement, ce qui entraîne un gamète avec deux copies du chromosome 21 au lieu d'une seule. 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. Un individu présente sur son caryotype 47 chromosomes, avec un chromosome 21 supplémentaire.
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Non-séparation des Chromosomes Homologues en Anaphase I
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.
Non-séparation des Chromatides en Anaphase II
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.
Origine Maternelle de la Trisomie 21
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.
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Trisomie 21 par Translocation
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.
Conséquences de la Trisomie 21
Les individus atteints du syndrome de Down présentent des modifications de la face, des anomalies cardiaques, des problèmes visuels et auditifs, et un retard mental léger à modéré. Les individus atteints par le syndrome de Down présentent des modifications de la face, des anomalies cardiaques, des problèmes visuels et auditifs, et un retard mental léger à modéré.
Autres Anomalies Chromosomiques
Outre la trisomie 21, d'autres anomalies chromosomiques peuvent survenir, telles que les monosomies (absence d'un chromosome) et les polyploïdies (présence de plusieurs jeux complets de chromosomes).
Trisomie 18
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. Marie est née avec une trisomie 18. Elle a des difficultés de développement, des malformations cardiaques, et une espérance de vie réduite. Marie, atteinte de trisomie 18, pourrait rencontrer plusieurs défis tels que des soins médicaux constants pour ses malformations cardiaques et ses problèmes de développement. Sur le plan social, ses interactions pourraient être limitées par des restrictions physiques et cognitives.
Trisomie XXY (Syndrome de Klinefelter)
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.
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Monosomie Y
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.
Monosomie X (Syndrome de Turner)
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.
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