EXERCICE 1 Monsieur A présente un retard de puberté. Ses testicules sont de petite taille et sa concentration plasmatique de testostérone est très basse. À partir des informations extraites des documents 1, 2 et 3, mises en relation avec vos connaissances, proposez une explication à la faible concentration plasmatique de testostérone chez cet individu. Document 1 : Concentrations plasmatiques de LH et FSH (en UI.L-1 : unité internationale par litre) Concentration plasmatique des hormones chez un individu témoin Concentration plasmatique des hormones chez Monsieur A. LH (UI.L -1 ) FSH (UI.L -1 ) 2 à 10 1 à 12 < 0.9 < 0.4 Document 2 : Certains patients présentent les mêmes symptômes que Monsieur A. Ces patients reçoivent un traitement par injection de GnRH toutes les deux heures. On mesure chez ces patients la concentration de LH et de testostérone avant et pendant le traitement. On fait suivre à Monsieur A le même traitement. Concentration plasmatique de LH Concentration plasmatique de testostérone (ng/dl) Avant injection de GnRH 63 Après injection pulsatile de GnRH 500 Traitement identique chez Monsieur A. La concentration plasmatique de LH reste anormalement basse La concentration plasmatique de testostérone reste anormalement basse 1
Document 3 : Document 3a Le récepteur de la GnRH est une protéine de la membrane des cellules de l'hypophyse antérieure. Le document ci-dessous représente un extrait de la séquence d'acides amines de cette protéine. Les autres acides aminés sont identiques. Récepteurs de la GnRH chez un individu témoin (acides aminés 166 à 171) Récepteurs de la GnRH chez Monsieur A. (acides aminés 166 à 171)...Leu-Ser-Ser-Val-Phe-Ala......Leu-Ser-Arg-Val-Phe-Ala... D'après http://www.inrp.fr Document 3b La fixation de la GnRH sur son récepteur provoque normalement une augmentation de la production d'inositol phosphate (IP) dans la cellule hypophysaire. L'IP est nécessaire a la production de LH et de FSH par la cellule. En mesurant la quantité d'ip dans les cellules, on évalue indirectement l'activité du récepteur et la production de LH et FSH. Le document ci-dessous représente la quantité d'ip produit par des cellules hypophysaires d'un témoin et des cellules hypophysaires de Monsieur A, en présence de concentrations croissantes de GnRH D'après http://www.inrp.fr 2
EXERCICE 2 Certains individus souffrent d'une maladie nommée dysgénésie gonadique. Ils présentent un phénotype féminin alors que leur caryotype comporte 46 chromosomes dont XY ; leurs gonades sont indifférenciées. Mettez en relation les informations extraites des documents proposés et vos connaissances afin d'expliquer la relation entre le sexe génétique et le sexe gonadique observée chez ces individus. Document 1 : Comparaison d'adn de souris témoins et transgénique par électrophorèse Des souris transgéniques ont été obtenues par insertion du gène Sry dans le génome d'une cellule oeuf de génotype XX. Dans plusieurs cas, ces embryons transgéniques ont développé des testicules. D'après "ADN recombinant" James D. Watson Document 2 : Comparaison d'extraits de séquence peptidiques de la protéine TDF codée par le gène Sry Chez un témoin non atteint : séquence A Chez un individu atteint de dysgénésie gonadique : séquence B 3
D'après "banque de séquence ANAGENE" Document 3 : Action de la protéine TDF sur l'adn de la cellule cible La protéine TDF possède un domaine HMG (High Mobility Group) qui lui permet de se fixer sur l'adn. Cette fixation induit une courbure de l'adn qui aurait pour conséquence de permettre le rapprochement de certaines zones de l'adn. Ce rapprochement déclencherait l'expression des gènes contrôlant la différenciation des gonades. Les conséquences de l'interaction protéine TDF - ADN dont présentées ci-dessous D'après "protein data bank" 4
EXERCICE 3 Chez les Mammifères, lorsque plusieurs embryons de sexe différent se développent simultanément dans l'utérus, on constate très souvent la naissance de femelles stériles (dites «free-martin» chez les Bovins) présentant un phénotype sexuel plus ou moins masculinisé. Des études réalisées sur des embryons en cours de développement montrent que l'inversion du phénotype sexuel est systématiquement associée à l'installation de connexions sanguines entre le placenta de l'embryon «free-martin» et celui d'un jumeau mâle. À partir d'une exploitation détaillée des documents et de vos connaissances, expliquez l'origine de la masculinisation observée chez les femelles «free-martin». Document de référence : phénotype des femelles free-martin (le document de référence apporte des données à prendre en compte, mais il n'a pas à être exploité) Les femelles free-martin se distinguent par leur forte musculature et leur poitrail qui rappelle celui des taureaux. Les organes génitaux externes sont typiquement féminins mais on constate de profondes modifications au niveau des gonades et des voies génitales : - les ovaires sont généralement d'une taille anormalement petite et ne produisent pas d'ovules, - dans certains cas, on voit se former au cours du développement embryonnaire des tubes séminifères et des cellules interstitielles, - les cornes utérines sont réduites, parfois absentes, - des organes comme les vésicules séminales ou la prostate peuvent être présents. Document 1 : greffe de testicule et implantation de cristal de testostérone avant différenciation des voies génitales Les expériences sont réalisées sur des embryons de 20 jours présentant des voies génitales encore indifférenciées. Les résultats sont observés 8 jours après. - témoin : développement des voies génitales chez un embryon femelle avec ovaires en place, - expérience 1 : greffe chez un embryon femelle d'un testicule prélevé chez un embryon mâle de même âge, - expérience 2 : implantation d'un cristal de testostérone. Document 2 : évolution des canaux de Wolff et de Müller en présence d'hormone anti-müllérienne (AMH) On prélève chez un embryon les voies génitales à l'âge de 14 jours (stade indifférencié) et on les laisse se développer dans un milieu de culture auquel on a ajouté de l'amh. La photographie 1 représente les canaux de Wolff et Müller en début d'expérience. La photographie 2 montre leur évolution après 3 jours. 5
Document 3 : culture de tissus ovariens en présence d'amh On prélève sur un embryon en cours de développement les ovaires qu'on place dans un milieu de culture enrichi en AMH. On constate après quelques jours : - l'absence de différenciation des follicules ovariens, - l'apparition de tubes séminifères. Des mesures de la sécrétion de testostérone effectuées sur un ovaire, un ovaire placé en présence d'amh et un testicule donnent les résultats suivants : EXERCICE 4 La formation de l'appareil génital masculin se fait en plusieurs étapes : - masculinisation des gonades ; - développement des organes génitaux internes mâles ; - régression des canaux de Müller (ces derniers lorsqu'ils persistent sont à l'origine des voies génitales femelles, en particulier les trompes et l'utérus). On cherche à identifier les mécanismes qui contrôlent chacune de ces étapes en étudiant le phénotype d'individus dont la différenciation de l'appareil génital est anormale. À partir des documents proposés, précisez les différents mécanismes qui contrôlent la mise en place de l'appareil génital masculin. Document 1 : Comparaison des caryotypes et phénotypes de trois sujets A, B et C Caryotype Organes génitaux externes Organes génitaux internes Gonades Sujet A Sujet B Sujet C 22 paires d'autosomes + XY 22 paires d'autosomes + XY 22 paires d'autosomes + XY Féminins Féminins Indifférenciées Féminins Féminins Testicules Masculins Masculins Testicules L'analyse de l'adn des individus A et B a révélé une anomalie : - Le sujet A présente une mutation ponctuelle du gène SRY ; - Le sujet B présente une mutation ponctuelle du gène récepteur à la testostérone. 6
Document 2 : Quelques données cliniques et génétiques concernant le syndrome de persistance des canaux de Müller Le PMDS ("Persistent Müllerian Duct Syndrome") ou syndrome de la persistance des canaux de Müller est une anomalie rare de l'appareil génital présente chez certains hommes dont les organes génitaux externes sont normalement masculinisés. Document 2a : Comparaison de l'anatomie de différents individus. Seules les gonades et les voies génitales internes sont représentées. Document 2b : Mesure de la concentration de l'hormone "AMH" dans le sang. L'analyse de la concentration d'amh sanguine montre qu'il existe deux types de sujets atteints de PMDS. - Les sujets de type "PMDS 1" sont représentés par - Les sujets de type "PMDS 2" sont représentés par La zone hachurée représente l'étendue des valeurs de concentrations d'amh chez les sujets non atteints par le PMDS. Document 2c : Analyse de l'adn de deux individus atteints de PMDS - individu de type "PMDS 1" : l'analyse de l'adn a révélé une mutation ponctuelle affectant le gène responsable de la synthèse de l'amh. En position 282 (nombre total de nucléotides : 1683), G a été remplacé par T ce qui entraîne l'apparition d'un codon stop. - individu de type "PMDS 2" : l'analyse de l'adn a révélé une mutation ponctuelle du gène codant le récepteur à l'amh ayant entraîné le remplacement de C par T au niveau du nucléotide 514 (nombre total de nucléotides : 1722). Cette mutation entraîne l'apparition d'un codon sto 7