TS DM2 : anomalie de méiose et diversification du vivant CORRECTION. Le syndrome «triplo X», un exemple de diversité du vivant

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1 TS DM2 : anomalie de méiose et diversification du vivant CORRECTION Le syndrome «triplo», un exemple de diversité du vivant Louise est une fillette de trois ans qui se distingue de ses camarades de classe par sa grande taille et un léger retard dans l acquisition du langage. Lorsque ses parents consultent le médecin traitant, celui-ci leur propose de déterminer le caryotype de Louise. Cet examen génétique révèle que la fillette possède une particularité chromosomique, le syndrome «triplo». Document : caryotype de Louise 3 chromosomes Dàprès Docteur Hélène Zattara, Unité de Génétique Chromosomique, Département de Génétique Médicale, Hôpital dènfants de la Timone En tant que généticien, expliquer aux parents de Louise comment méiose et fécondation maintiennent normalement la stabilité du caryotype (partie ). Préciser ensuite comment une perturbation au cours de la méiose d un des parents peut aboutir à la présence de trois chromosomes dans le caryotype de leur fille.(partie 2) ProblémeS Votre exposé comportera une introduction, un développement structuré et une conclusion. Il sera illustré de schémas dans lesquels on ne représentera, pour chaque cellule, que les chromosomes sexuels et une autre paire de chromosomes. Consignes

2 Introduction Définitions mots clés Madame, Monsieur, Tous les humains sont caractérisés par leur nombre de chromosome sois 46 : 23 paires Au fil des générations successives, cette caractéristique de l espèce se maintient. Comme vous le savez peut-être, un caryotype est le tri par ordre de taille et leur classement par paires des images de chromosomes d une cellule en cours d une mitose bloquée en métaphase. Pour la majorité des humains ce caryotype est constitué de 22 paires d autosomes et d une paire de chromosomes sexuels. Cette formule se retrouve avec une grande stabilité de génération en génération grâce à 2 mécanismes fondamentaux : - la méiose, une division particulière qui permet la fabrication des gamètes (spermatozoïde et ovules) ; - la fécondation qui assure la fusion des gamètes. Cependant, il arrive que des individus naissent avec un caryotype différent, comme Louise. Le caryotype de Louise, comme vous pouvez le voir, présente un chromosome surnuméraire dans la paire de chromosomes sexuels qui pour une fille sont.! Ce caryotype résulte de l union de gamètes dont l un possède un caryotype anormal Problématique Plan Alors, comment méiose et fécondation assurent-elles le maintien du caryotype de génération en génération et comment expliquer la présence ici de 3 chromosomes dans le caryotype de Louise? Dans un premier temps je vais vous expliquer le déroulement habituel des processus qui assurent cette stabilité du caryotype chez l Homme.! Nous étudierons dans une deuxième partie les mécanismes responsables de la production de gamètes anormaux qui ont été responsables de l anomalie chromosomique observée chez louise I Le maintien de la stabilité du caryotype Pour illustrer les processus assurant la stabilité du caryotype, nous n allons considérer que 2 paires de chromosomes : paire de chromosomes sexuels et une paire d autosomes. A l exception des cellules de la lignée germinale (reproductrices), les cellules de notre organisme sont diploïdes (2n chromosomes); elles sont issues des mitoses, divisions conservant la totalité de l information génétique, de la cellule-œuf. Cette cellule-œuf provient de la fusion de deux gamètes (fécondation), d une cellule d origine maternelle, l ovule et d une cellule d origine paternelle, le spermatozoïde. Pour que la cellule-œuf soit diploïde, il faut que les gamètes disposent chacun d un lot de n chromosomes. Les gamètes sont donc haploïdes. ) La méiose et la production de cellules à n chromosomes : les gamètes La méiose est une succession de 2 divisions, précédée d une seule duplication. Chaque division est constituée de 4 phases et abouti à la production de 4 cellules haploïdes c est à dire contenant un chromosome de chaque paire : les gamètes Ci-dessous : Schéma simplifié de méiose d une cellule où ne sont représentés qu une paire d autosomes (n ) et une paire de chromosomes sexuels (), pour chacun : origine maternelle, origine paternelle

3 Une paire d autosomes Par exemple n Paire Télophase Télophase 2 Interphase Métaphase Méiose : une séparation des chromosomes homologues de chaque paire Au cours de la prophase, les chromosomes homologues condensés, formés de deux chromatides issues de la réplication en interphase, s apparient ; A la métaphase, ces paires de chromosomes se placent sur l équateur de la cellule. A l anaphase, pour chaque paire, un chromosome (toujours formé de deux chromatides) va vers un pôle et l autre vers l autre pôle. A la télophase, la cellule se coupe en 2 : Chaque cellule fille n hérite donc que de deux chromosomes et, plus précisément, d un seul exemplaire de chacune des paires présentes dans la cellule initiale : Chaque cellule fille est donc à n chromosomes mais chaque chromosome est dédoublé en deux chromatides. Méiose 2 : une séparation des chromatides de chaque chromosome A la prophase, dans chaque cellule, les lots de n chromosomes à 2 chromatides se recondensent (après une légère décondensation) A la métaphase, les chromosomes se placent à l équateur, une chromatide de part et d autre du plan équatorial A l anaphase, les chromatides se séparent et migrent aux pôles opposés de la cellule A la télophase, la cellule se coupe en 2 Chaque cellule hérite ainsi de deux chromosomes simples on obtient 4 cellules haploïdes à n chromosomes à chromatide. : 4 gamètes NB si on avait représenté la paire Y chez le père, on aurait obtenu 2 spermatozoïdes avec le chromosome x et 2 avec le chromosome Y Ainsi à l issue de la méiose les gamètes ne possèdent que la moitié du patrimoine chromosomique des parents 2) La fécondation et le rétablissement de la diploïdie La fécondation consiste en l union de deux gamètes qui sont des cellules haploïdes et conduit à la mise en commun, au sein du même noyau, des n chromosomes apportés par chacune de ces cellules. Il y a reconstitution des deux paires de chromosomes homologues, identiques morphologiquement aux deux paires des cellules diploïdes initiales à l origine des gamètes.

4 La mise en commun des n chromosomes de chacun des deux gamètes conduit par la fécondation au rétablissement dans la cellule œuf obtenue du caryotype, et donc du génome, de l espèce. Selon le spermatozoïde impliqué dans la fécondation ( ou Y) on obtiendra un caryotype 44 + ou 44 + Y (Spermatozoïde ) Paire n Paire Ainsi, le caryotype de l espèce est maintenu de génération en génération. Mais comme dans le cas de Louise, des anomalies peuvent subvenir en cours de méiose et entraîner la formation de caryotypes anormaux II Des accidents de méiose peuvent produire des caryotypes anormaux Une mauvaise répartition des chromosomes lors de la méiose peut conduire à des anomalies du caryotype. Des erreurs au cours du brassage interchromosomique peuvent entraîner la formation de gamètes anormaux. Ces anomalies peuvent intervenir en méiose ou en méiose 2 ) Une non disjonction des chromosomes homologues en anaphase Schéma ci-dessous : chez la mère : problème de séparation de chromosomes sexuels lors de l anaphase

5 Après fécondation avec un spermatozoïde normal contenant et, on obtient : Chez la mère, 0 MONOSOMIE, 0, TRISOMIE, Lors de la fécondation avec un spermatozoïde normal portant le chromosome, on pourra obtenir des cellules œufs trisomiques (3 chromosomes ) comme dans le cas de Louise. Après fécondation avec un spermatozoïde normal contenant et, on obtient : 2) une non disjonction des chromatides en anaphase 2, Chez la mère NORMALE, MONOSOMIE, 0 TRISOMIE, Schéma ci-dessus : chez la mère : problème de séparation des chromatides d un chromosome sexuels lors de l anaphase 2

6 Lors de la fécondation avec un spermatozoïde normal portant le chromosome, on pourra obtenir une cellule œuf trisomique (3 chromosomes ) comme dans le cas de Louise. Mis dans ce cas nous devons aussi considérer qu il y a une possibilité que cette anomalie se soit déroulée pendant la formation des spermatozoïdes, chez le père Chez le père, porteur du couple de chromosomes Y dans la paire de chromosomes sexuels, le seul cas possible, pour produire un spermatozoïde porteur de est la séparation défectueuse des chromatides lors de la méiose 2 Après fécondation avec un ovule norma contenant et, on obtient :, Y NORMALE Y, Y Paire Y MONOSOMIE, 0 TRISOMIE, Ainsi, grâce à l alternance de la méiose et de la fécondation au cours du cycle de développement de l homme, le caryotype caractéristique de notre espèce est maintenu constant au fil des générations. Cependant au cours de la méiose, des erreurs peuvent se produire et entraîner la formation de gamètes anormaux. - erreur de répartition des chromosomes homologues en méiose - erreur de répartition de chromatides en méiose 2 Dans le cas de Louise c est la rencontre d un de ces gamètes porteur de 2 chromosomes avec un gamète normal également porteur d un chromosome lors de la fécondation qui a entraîné la formation d une cellule oeuf Triplo Ces erreurs ont pu se dérouler en méiose ou 2 chez la maman de Louise ou en méiose 2 chez son papa Méiose et fécondation permettent ainsi généralement la stabilité du caryotype humain sans pour autant entraîner une uniformité des individus. Les variants existants nous rappellent que ce caryotype s inscrit dans une histoire évolutive complexe des chromosomes.

7 Au cours du temps, des anomalies de méiose sont parfois à l origine d innovations génétiques qui sont sélectionnées par l environnement, conservées et donc sources de diversification du vivant : Des erreurs étendues de méiose peuvent être à l origine de polyploïdisation, doublement du nombre de chromosomes dans le caryotype, événement relativement fréquent chez les végétaux par exemple, à l origine de nouvelles espèces. Des erreurs plus localisées au cours du brassage intrachromosomique, comme des crossing over anormaux sont à l origine de duplications et de créations de nouveaux gènes. On peut se demander comment ces innovations sont sélectionnés, ou pas, par l environnement et comment elles évoluent dans les populations.