Les anomalies chromosomiques, exercice 1

Certains enfants présentent des phénotypes inhabituels dus à des anomalies du nombre de chromosomes, détectables lors de la réalisation d'un caryotype. Les phénotypes et les caryotypes des parents ne présentent généralement pas d'anomalies. Comment la méiose et la fécondation sont-elles à l'origine de ces anomalies du nombre de chromosomes ? Dans un premier temps, nous caractériserons l'anomalie chromosomique de Simon, puis nous expliquerons l'origine de celle-ci.
Simon présente un syndrome de Klinefelter, avec des testicules de petite taille et sans spermatozoïdes. Son caryotype montre la présence de 47 chromosomes au lieu de 46. Simon possède 22 paires d'autosomes et 3 chromosomes sexuels au lieu de 2 : 2 chromosomes X et 1 chromosome Y. Sa formule chromosomique est 47, XXY. Simon présente donc une anomalie du nombre de chromosomes sexuels, caractérisée par la présence d'un chromosome sexuel surnuméraire, à l'origine de son syndrome de Klinefelter. Or, les parents de Simon présentent chacun un caryotype normal : la formule chromosomique de la mère de Simon est 46, XX et celle de son père est 46, XY. Lors de la reproduction sexuée des parents de Simon, quels mécanismes ont été responsables de l'anomalie chromosomique de leur enfant ?
Lors de la reproduction sexuée, la méiose permet la formation des gamètes chez chacun des deux parents. En métaphase 1 de méiose 1, les chromosomes homologues, initialement appariés, se disposent de part et d'autre du plan équatorial de la cellule. Puis, en anaphase 1, chaque chromosome d'une même paire migre de façon aléatoire vers l'un des pôles de la cellule. La méiose 1 aboutit normalement à la formation de deux cellules-filles haploïdes, contenant chacune un chromosome de chaque paire de la cellule initiale. Puis, chaque cellule-fille formée subit la méiose 2, au cours de laquelle les chromatides de chaque chromosome se séparent et migrent chacune vers l'une des deux futures cellules-filles. À l'issue de la méiose sont ainsi formés quatre gamètes haploïdes contenant chacun un chromosome de chaque paire, à une chromatide. Mais des anomalies chromosomiques peuvent apparaître lors de la méiose. L'absence de séparation de deux chromosomes homologues en anaphase 1 entraîne une répartition inégale des chromosomes dans les deux cellules-filles, avec présence d'un chromosome surnuméraire dans l'une et absence d'un chromosome dans l'autre. Puis, une méiose 2 normale forme des gamètes dont la moitié ont donc un chromosome en plus et l'autre moitié, un chromosome en moins. Des anomalies peuvent aussi apparaître lors de la méiose 2 après une méiose 1 normale. Lors de l'anaphase 2, l'absence de séparation des deux chromatides d'un chromosome entraîne la migration des deux chromatides dans le même gamète. Cette méiose 2 anormale forme 2 gamètes normaux et 2 gamètes anormaux, dont l'un avec un chromosome en plus et l'autre avec un chromosome en moins.
Dans le cas de Simon, on suppose que ces anomalies ont eu lieu soit en méiose 1, soit en méiose 2, chez un seul parent (la mère, par exemple), mais pas chez l'autre (le père). La méiose anormale chez la mère a formé certains gamètes avec 24 chromosomes dont 2 chromosomes X, tandis que les gamètes du père comportent 23 chromosomes dont 1 chromosome Y. La fécondation d'un gamète maternel avec un chromosome surnuméraire par un gamète normal aboutit à une cellule-œuf avec un chromosome surnuméraire. La cellule-œuf à l'origine de Simon présente donc 47 chromosomes, dont 3 chromosomes sexuels XXY. Une telle cellule-œuf présente une trisomie (c'est-à-dire la présence de trois chromosomes au lieu de deux). Le caryotype de Simon peut également résulter d'une fécondation entre un gamète maternel normal avec un chromosome X et un gamète paternel avec deux chromosomes sexuels XY suite à une anomalie de la méiose.

La méiose et la fécondation peuvent être à l'origine d'anomalies du nombre de chromosomes dans la cellule-œuf, dues à des accidents lors de l'une des deux divisions de méiose. La conséquence est la présence d'un chromosome surnuméraire pour certains des gamètes, et d'un chromosome en moins pour d'autres. Après fécondation avec un gamète normal se forment des cellules-œufs présentant une trisomie ou une monosomie. Ces anomalies du nombre de chromosomes sont généralement à l'origine de handicaps plus ou moins importants, qui doivent être pris en charge de manière adaptée. Seul un faible nombre d'autres anomalies du nombre de chromosomes existent dans l'espèce humaine, car la majorité d'entre elles sont létales. D'autres anomalies peuvent survenir lors de la méiose, comme des délétions, des translocations chromosomiques, des inversions, etc. Dans certains cas, les accidents lors de la méiose peuvent être source d'une diversification importante des génomes, jouant un rôle essentiel dans l'évolution des espèces.