On distingue chez l’homme la trisomie 21 libre (trois chromosomes 21 indépendants)
des trisomies 21 résultant de remaniements chromosomiques.
Ces dernières sont assez rares (moins de 5 % des syndromes de Down) et
on ne considérera ici que les trisomies 21 libres.
La mise en évidence de séquences microsatellites (polymorphisme moléculaire
de l’ADN), constituées par des répétitions en tandem de dinucléotides
ou de trinucléotides (par exemple TAn ou CGGn), sur l’ensemble des
chromosomes humains, et sur le 21 en particulier, a permis de confirmer de
manière définitive les statistiques sur l’origine paternelle ou maternelle de
la non disjonction méiotique conduisant à une trisomie, de même que la
localisation de cette non disjonction, en méiose 1 ou en méiose 2.
En effet, il est toujours facile de trouver un marqueur microsatellite pour
lequel les deux conjoints sont porteurs d’allèles tous différents de sorte qu’on
peut, formellement, écrire les génotypes du couple, pour le marqueur considéré,
de la manière suivante :
homme (a, b) × femme (c, d)
Il est alors possible, en appliquant une variante de la technologie de PCR
quantitative à l’ADN génomique d’un enfant trisomique, d’amplifier les
séquences d’ADN porteuse du polymorphisme, ce qui permet, soit d’identifier
la présence de trois allèles différents, soit la présence de deux allèles
différents, dont un en double dose (tableau 4.13).
TABLEAU 4.13.
Question 1.
On a étudié, par cette technologie de PCR quantitative, un grand nombre
d’enfants atteints du syndrome de Down par trisomie 21 libre, pour un
marqueur du chromosome 21, assez près du centromère pour que la probabilité
de crossing-over entre le locus du marqueur et le centromère soit
nulle (tableau 4.13).
a. Avec quelles fréquences les trisomies sont-elles d’origine paternelle ou
maternelle ? Commentez les résultats de votre analyse.
b. Avec quelle fréquence la non disjonction survient-elle en méiose 1 ou
en méiose 2 ?
Commentez les résultats de votre analyse après avoir réalisé
les schémas de méiose.
Question 2.
On étudie dans un second temps un autre marqueur microsatellite du chromosome
21, à une distance telle du centromère qu’il ne peut y avoir, éventuellement,
qu’un seul crossing-over responsable, dans ce cas, de la postréduction
des deux allèles.
Les parents diffèrent pour quatre allèles de ce
marqueur, de sorte qu’on peut, formellement, écrire les génotypes du
couple, pour le marqueur considéré, de la manière suivante :
homme (A, B) × femme (C, D)
On note f la fréquence de crossing-over entre le locus du marqueur et le
centromère du chromosome 21.
a. Cette étude n’est réalisée que chez les enfants dont la trisomie est
d’origine maternelle après non disjonction en méiose 2; on vous demande
de compléter le tableau 4.14 en indiquant quels sont les génotypes possibles
des enfants trisomiques (de la même façon qu’ils ont été notés dans le
tableau 4.13).
TABLEAU 4.14.
b. Application numérique : on observe que la fréquence des enfants trisomiques
porteurs de deux allèles maternels différents (C et D), après NDJ
en méiose 2, est égale à 40 %.
Déduisez en la valeur de f et la distance du
marqueur au centromère.
c. Pourquoi n’est-il pas possible, avec l’étude de ce seul marqueur, d’inclure
dans l’étude les non disjonctions en méiose 1 ?
– Utilisation de polymorphismes moléculaires de l’ADN pour identifier l’origine
parentale des chromosomes.
– Étudier la disjonction en méiose 1 ou 2 avec un marqueur centromérique.
– Utilisation d’un marqueur non centromérique pour étudier la post-réduction.
– Vérifier, sur l’ensemble de l’exercice, la bonne maîtrise des processus en cours
lors de la méiose.
Solution
1.a. L’identification et le dosage des allèles rapportés par le tableau 4.13 conduit aux conclusions
suivantes :
– les trisomies 21 d’origine masculine concernent les syndromes de Down avec deux chromosomes
porteurs de l’allèle a et/ou de l’allèle b, elles représentent (1,25 + 3,75) = 5 %;
– les trisomies 21 d’origine féminine concernent les syndromes de Down avec deux chromosomes
porteurs de l’allèle c et/ou de l’allèle d, elles représentent (23,75 + 71,25) = 95 %.
Commentaire. Les accidents de la méiose sont beaucoup plus fréquents dans le sexe
féminin parce que la méiose ayant commencé pendant la vie embryonnaire, les
ovocytes ont une probabilité importante d’avoir accumulé des accidents moléculaires
favorisant la non disjonction (NDJ); d’ailleurs le risque de non disjonction, et avec lui
le risque de trisomie 21, augmente considérablement avec l’âge maternel.
b. Le marqueur étudié est centromérique, il est donc toujours pré-réduit, de sorte que les deux
allèles a, ou b, ou c, ou d, migrent toujours ensemble à l’anaphase de la méiose 1 :
– si la non disjonction (NDJ) a lieu en méiose 1 (figure 4.19), les deux paires d’allèle (a-a
et b-b, chez le père; ou c-c et d-d chez la mère) migrent ensemble, ce qui conduira à des
gamètes disomiques (a, b) en cas de NDJ paternelle (figure 4.19) et (c, d), en cas de NDJ
maternelle (non figuré);
– si la non disjonction a lieu en méiose 2 (figure 4.20), elle concernera des chromatides soeurs
(au moins pour les locus proches du centromère puisque pas de CO donc pré-réduction), ce
qui conduira alors à des gamètes disomiques (a, a) ou (b, b), en cas de NDJ paternelle
(figure 4.20), et (c, c) ou (d, d), en cas de NDJ maternelle (non figuré).
On peut donc interpréter les résultats du tableau 4.13 de la façon suivante :
– dans le sexe masculin, il y a donc 1,25/(1,25 + 3,75) = 25% de NDJ à la méiose 1 pour
75 % de NDJ à la méiose 2;
– dans le sexe féminin, il y a donc 23,75/(23,75 + 71,25) = 25% de NDJ à la méiose 1 pour
75 % de NDJ à la méiose
2. Commentaire.
Les fréquences de NDJ à la méiose 1 et à la méiose 2 sont les mêmes
dans les deux sexes, elles semblent donc dépendre de facteurs indépendants du sexe,
la méiose 2 apparaissant comme la phase la plus critique dans les accidents de NDJ.
Figure 4.19 Non disjonction à la méiose 1.
Figure 4.20 Non disjonction à la méiose 2.
2.
a Le tableau 4.14 complété, à l’aide des figures 4.19 et 4.20, se présente ainsi (tableau 4.15).
TABLEAU 4.15
b. Il y a post-réduction dans les méioses maternelles si les gamètes disomiques sont porteurs
de deux allèles différents (C,D)
La valeur de f est donc égale à 0,4 et on peut estimer la distance au centromère comme égale
à 20 unités de post recombinaison du centromère.
c. Il n’est pas possible d’utiliser les observations résultant d’une NDJ en méiose 1 car il n’est
pas possible, pour certains gamètes de savoir si il y a eu ou non post-réduction.
Pour vous en rendre compte, reprenez les figures 4.19 et 4.20 en y plaçant les allèles A et B,
respectivement sur les chromosomes porteurs de a et b.
Vous remarquerez qu’en cas de non
disjonction en méiose 1, on peut obtenir des gamètes disomiques (a, b, A, B) aussi bien en
cas de pré-réduction qu’en cas de post-réduction d’où l’ambiguïté d’interprétation; seuls les
gamètes disomiques (a, b, A, A) et (a, b, B, B) sont issus sans ambiguïté d’une post-réduction.
Remarque. Bien évidemment les résultats seraient inversés si on plaçait les allèles A
et B, respectivement sur les chromosomes porteurs de b et a.
