Image : « Méiose » : Cellules mères de pollen en division (à la fin de la division méiotique) – plante Lilium. Technique de microscopie optique : Champ clair. Grossissement : 3000x (pour une largeur d’image de 26 cm ~ format A4) » par Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc. – Archives de l’auteur. Licence : CC BY-SA 3.0
Structure de base des chromosomes
Un chromosome est le support des gènes, les molécules responsables en dernier ressort de la transmission de l’ensemble des informations héréditaires concernant la synthèse des protéines et, par ricochet, le fonctionnement de la cellule entière.
Chaque chromosome est constitué d’une paire de chromatides. Les chromosomes similaires existent par paires et sont appelés chromosomes homologues.
Une cellule humaine de structure normale porte deux jeux, 23 paires de chromosomes homologues, soit 46 chromosomes au total. Ce sont les cellules diploïdes.
Les cellules gamètes mâles et femelles responsables de la reproduction ne possèdent qu’un seul jeu de chromosomes homologues, le total est de 23 et est qualifié de cellules haploïdes.
Le centromère est la partie du chromosome où les chromatides sœurs sont liées. Par l’intermédiaire du kinétochore, les fibres du fuseau s’attachent au centromère pendant la division cellulaire.
Le centromère abscende chaque chromosome en deux bras : le bras court étant appelé « p » et le plus long le bras « q ». (p pour « petit » en français qui signifie petit.)
Selon l’emplacement du centromère, on décrit différents types de chromosomes :
| Type | Explication |
| Métacentrique | Le centromère est au milieu ; les bras p et q sont de même longueur. |
| Submétacentrique | Les bras p et q sont presque égaux. |
| Télécentrique | Le centromère est présent près d’une extrémité ; le bras p est très petit. |
| Acrocentrique | Le bras P est petit, mais légèrement plus long par rapport aux chromosomes télocentriques. |
La division cellulaire comprend la division du matériel génétique et la cytogenèse. Le matériel génétique peut subir soit une mitose, soit une méiose.
Mitose
Dans la mitose, une cellule diploïde donne naissance à deux cellules diploïdes. Les deux cellules filles ainsi produites sont génétiquement identiques à la cellule mère.
Le tableau présente les différentes étapes de la mitose :
| Étape | Explication |
| Interphase | Dans la division cellulaire, la phase mitotique alterne avec l’interphase – le moment où la cellule se prépare à la division. La synthèse des protéines, des organites cytoplasmiques et du matériel génétique est la marque de cette phase. |
| Prophase | La condensation chromosomique et l’initiation de la formation du fuseau mitotique marquent la prophase. |
| Métaphase | La séparation chromosomique après fixation des microtubules au centromère et l’alignement correct le long de la plaque métaphasique ou de la plaque équatoriale se produit en métaphase. Les points de contrôle de la métaphase assurent une distribution égale des chromosomes à la fin de la phase mitotique de la division cellulaire. |
| Anaphase | L’anaphase culmine avec la formation de chromosomes filles identiques. Les cohésines qui lient les chromatides sœurs entre elles sont clivées au cours de cette phase. Les microtubules se raccourcissent avec une traction résultante d’un ensemble de chromosomes filles nouvellement formés vers les extrémités opposées de la cellule. |
| Telophase | Dérivée du mot grec « telos » qui signifie la fin, la télophase est la fin de la phase mitotique de la division cellulaire. C’est une inversion de la prophase à bien des égards. Deux noyaux filles avec un ensemble identique de chromosomes sont formés à la fin de la télophase. |
Méiose
Il y a deux phases de méiose, à savoir la phase I et la phase II.
La division réductrice se produit dans la phase I. Le croisement chromosomique, également une caractéristique unique de la phase I, conduit à un échange de matériel génétique entre les chromosomes homologues. Le résultat final de la méiose est la formation de quatre cellules haploïdes génétiquement distinctes. La fusion de deux gamètes haploïdes lors de la fécondation rétablit la nature diploïde de l’embryon.
L’erreur de méiose comme la nondisjonction est l’une des causes les plus fréquentes de fausses couches et de troubles du développement secondaires à une cause génétique.
La phase I de la méiose peut être résumée comme suit :
| Stage | Explication |
| Prophase I | C’est la phase la plus longue de la méiose. Le croisement chromosomique conduisant à une variation génétique dans les cellules haploïdes filles résultantes a lieu en prophase. La prophase est divisée en plusieurs étapes :
|
| Métaphase I | Les paires de chromosomes homologues se déplacent le long de la plaque de métaphase à ce stade. |
| Anaphase I | Les chromosomes homologues se déplacent vers les pôles opposés secondairement au raccourcissement des microtubules du kinétochore dans cette phase. |
| Télophase I | Ce stade marque la fin de la première division méiotique. Deux cellules filles génétiquement distinctes de la cellule mère sont formées avec la moitié du nombre de chromosomes. Chaque chromosome est constitué d’une paire de chromatides. |
La phase II de la méiose est identique à la mitose. Elle implique la séparation des chromatides sœurs le long du plan équatorial ; ainsi, à la fin de la méiose, quatre cellules haploïdes sont formées.
Avec cet aperçu de base de l’anatomie chromosomique normale et de la division cellulaire, nous sommes aptes à progresser vers la nondisjonction.
Définition de la nondisjonction
L’échec de la séparation correcte de deux chromosomes homologues ou des chromatides sœurs pendant la division cellulaire est appelé nondisjonction.
Histoire
Le temps atteste de la découverte de la nondisjonction au printemps 1910 aux mains de Calvin Bridges et Thomas Hunt Morgan. Ils ont trouvé un comportement chromosomique aberrant en étudiant les chromosomes sexuels de Drosophila melanogaster.
Types de nondisjonction
| Type | Explication |
| Nondisjonction méiotique phase I | Tous les haploïdes dérivés de la cellule primaire sont anormaux. Par exemple, tous les spermatozoïdes dérivés d’un spermatocyte primaire auront un total de 22 ou 24 chromosomes au lieu des 23 habituels. |
| Nondisjonction méiotique phase II | Seulement la moitié des haploïdes dérivés de la cellule primaire seront anormaux. Par exemple : Si la nondisjonction affecte un spermatocyte secondaire en cours de méiose II, seule la moitié des spermatozoïdes est anormale. |
| Nondisjonction mitotique | Secondaire à la rupture des fibres du fuseau pendant la métaphase ou l’anaphase, la nondisjonction mitotique entraîne la formation de cellules filles trisomiques et monosomiques, qui donnent naissance à des lignées cellulaires en mosaïque chez un individu. |
Etiogenèse de la nondisjonction
Les mécanismes moléculaires à l’origine de la nondisjonction peuvent être brièvement résumés comme suit :
| Mécanisme | Explication |
| Différences spécifiques au sexe dans la méiose | Les ovocytes maternels sont susceptibles d’avoir des erreurs de ségrégation car il existe un arrêt documenté des ovocytes en prophase I de la méiose. En corollaire, il reste que la plupart des syndromes d’aneuploïdie humaine sont d’origine maternelle. |
| La perte des liens de cohésine liée à l’âge | La cohésine est responsable de la fixation des fibres du fuseau aux chromatides sœurs et de la séparation normale subséquente de celles-ci. L’arrêt prolongé de l’ovocyte maternel en méiose entraîne une perte des liens de cohésion ; une possibilité plus élevée d’attachement incorrect du fuseau kinétochore-microtubules avec des erreurs de ségrégation résultantes. |
| Dysfonctionnement du point de contrôle de l’assemblage du fuseau (SAC) | Le SAC assure une séparation et un alignement chromosomiques normaux pendant l’anaphase de la division cellulaire. Un fonctionnement aberrant du SAC peut conduire à une nondisjonction. |
Diagnostic de la nondisjonction
La nondisjonction peut être identifiée cliniquement à l’aide d’une batterie de tests comme indiqué dans le tableau ci-dessous :
| Test | Explication |
| Diagnostic du corps polaire | Utilisé pour détecter les aneuploïdies chromosomiques d’origine maternelle. |
| Caryotypage | Technique utilisant la microscopie optique pour étudier les cellules du fœtus à naître obtenues par amniocentèse. |
| Biopsie de blastomères | Comprend le prélèvement de blastomères de la zone pellucide pour détecter une aneuploïdie. Cette procédure n’est pas sans risques. |
| Diagnostic génétique préimplantatoire | Utilisé chez les couples ayant des antécédents familiaux de troubles génétiques qui optent pour la fécondation in vitro. |
Incidences cliniques de la nondisjonction
La nondisjonction entraîne une aneuploïdie – un état de déséquilibre chromosomique. La perte d’un seul chromosome est appelée monosomie, tandis que le gain d’un seul chromosome est appelé trisomie. La majorité des aberrations chromosomiques ainsi produites sont incompatibles avec la vie et sont la raison de la majorité des avortements spontanés du premier trimestre.
L’étude de la nondisjonction révèle des liens entre l’augmentation de l’âge maternel et l’augmentation des chances de recombinaison. Elle permet également de valider la théorie chromosomique de l’hérédité (Bridges 1916).
L’hypothèse des 2 coups de Knudson pour la transformation maligne des cellules propage l’existence d’une métamorphose en 2 étapes de la cellule normale. Alors que le premier coup est censé être inné, le second coup peut être causé par une nondisjonction mitotique.
Les quelques aberrations chromosomiques syndromiques viables peuvent être résumées comme suit :
| Aberration chromosomique | Explication |
| Monosomie | Le syndrome de Turner (XO) est la seule monosomie viable compatible avec la vie chez l’homme. |
| Aneuploïdie autosomique | |
| Syndrome de Patau (trisomie 13) | La trisomie du chromosome 13 entraîne le syndrome de Patau. Il se caractérise par une microcéphalie, une déficience intellectuelle, des problèmes oculaires, des troubles urogénitaux et musculo-squelettiques. |
| Syndrome d’Edwards (trisomie 18) | Le syndrome d’Edwards est marqué par la présence d’un segment supplémentaire – partie ou totalité – du chromosome 18. Ses caractéristiques sont un retard de croissance, des malformations cardiaques, une micrognathie, un retard mental sévère et des poings serrés avec des doigts qui se chevauchent. |
| Syndrome de Down | La trisomie 21 est l’une des erreurs de ségrégation chromosomique les plus courantes chez l’homme. Connue notoirement sous le nom de « syndrome de Down », elle se caractérise par un retard de croissance, une déficience intellectuelle et de multiples problèmes neurologiques et cardiovasculaires. |
| Aneuploïdie des chromosomes sexuels | |
| Syndrome de Turner (XO) | Comme déjà mentionné, il s’agit de la seule monosomie compatible avec la vie chez l’homme. Il se caractérise par un cou court et palmée, une intelligence normale, une petite taille et un risque plus élevé de problèmes de vision et d’audition. |
| Syndrome de Klinefelter (XXY) | Ce syndrome est caractérisé par la présence de 2 ou plusieurs chromosomes X chez les mâles. Il est marqué par une stérilité primaire, un comportement agressif et souvent une intelligence normale avec des difficultés mineures d’élocution et de lecture. |
| Supermales (XYY) | Caractérisé par le génotype XYY, cette affection est marquée à une incidence d’environ 1 sur 1 000 naissances masculines. De nombreux patients sont phénotypiquement normaux avec une taille plus grande, un comportement agressif occasionnel et des difficultés d’apprentissage. Elle résulte d’une nondisjonction en phase II de la méiose paternelle. |
| Superfemmes (XXX) | Les trisomies X, également appelées superfemmes, présentent des troubles neuropsychologiques légers. La majorité d’entre elles sont l’aboutissement d’une nondisjonction lors de la méiose maternelle. |
| Disomie uniparentale | Il s’agit d’une combinaison unique de nondisjonction conduisant à une trisomie autosomique et de perte ultérieure du chromosome non apparié, conduisant à l’existence de 2 copies d’un chromosome d’origine uniparentale. Le syndrome de Prader-Willi et le syndrome d’Angelman en sont des exemples. |
| Syndromes de mosaïcisme | La nondisjonction mitotique fœtale précoce conduit à l’existence simultanée de différentes lignées cellulaires chez un même individu. L’hypomélanose d’Ito est une illustration de ces syndromes de mosaïcisme. |
Résumé
Les chromosomes sont constitués de paires de chromatides. Les chromosomes homologues existent par paires. L’échec de la séparation correcte des chromosomes ou chromatides homologues pendant la division cellulaire est appelé nondisjonction.
La nondisjonction peut se produire pendant la phase I ou la phase II de la méiose, ou pendant la mitose.
Il existe de nombreux tests pour diagnostiquer la nondisjonction.
La nondisjonction entraîne une aneuploïdie. Si la plupart de ces erreurs de ségrégation chromosomique conduisent à des avortements spontanés au premier trimestre, peu sont compatibles avec la vie et conduisent à des syndromes aneuploïdes autosomiques et sexuels variables.
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