Des accidents génétiques peuvent survenir pendant la méiose. Parmi elles figurent les remaniements chromosomiques (duplication de gènes) qui peuvent aboutir à la formation de familles multigéniques et les anomalies du caryotype comme l’aneuploïdie (gain ou perte d’un ou plusieurs chromosomes).
Nous allons décrire les mécanismes qui conduisent à la création de familles multigénique, en prenant comme exemple les globines humaines puis nous verrons les différents types d'aneuploïdie et leurs conséquences sur le développement.
Sommaire
Duplication de gènes et familles multigéniques
Les crossing-over inégaux, origine des gènes dupliqués
Lors d’un crossing‑over inégal, l’alignement des chromosomes homologues est décalé : l’échange de segments entre chromatides non‑sœurs n’est pas symétrique. Cela crée une duplication de séquence sur l’un des chromosomes et une délétion correspondante sur l’autre. Résultat : une chromatide porte deux copies d’un même gène (gènes dupliqués), l’autre n’en porte plus.
Au fil des générations, les copies dupliquées accumulent des mutations indépendantes et peuvent diverger : elles deviennent deux gènes distincts mais apparentés, appartenant à une même famille multigénique. Les protéines codées par ces gènes peuvent conserver des similarités de séquence tout en développant des structures ou des fonctions différentes.
Plus le pourcentage d'identité de séquence entre deux gènes est élevé, plus la duplication dont ils sont issus est récente (moins de temps pour accumuler des mutations distinctives).
Les globines humaines, une famille multigénique
La famille des globines illustre bien l’origine des familles multigéniques par duplication. Les globines humaines sont des protéines possédant au centre une poche contenant un groupe hème avec un ion Fe2+ capable de lier le dioxygène (O2). L’association de plusieurs globines forme des complexes protéiques tels que l’hémoglobine et la myoglobine. L'hémoglobine par exemple est composée de quatre globines deux à deux identiques. Il existe plusieurs types d'hémoglobine caractérisés par la nature des globines qui les compose. La fonction essentielle de l'hémoglobine est le transport du dioxygène à partir du placenta chez les fœtus et des alvéoles pulmonaires après la naissance jusqu'aux autres cellules de l'organisme.
Chaque globine est codée par un gène différent, regroupés par type réparti sur deux chromosomes distincts. Chez l'être humain, les gènes appartenant au groupe de type alpha sont présents sur le chromosome 11 et les gènes appartenant au groupe de type beta sont sur le chromosome 16. Notons que la séquence des gènes le long du chromosome correspond à l'ordre dans lequel ils sont exprimés au cours du développement (embryon > fœtus > adulte).
En comparant les séquences des différents gènes qui codent pour les globines, on met en lumière les similitudes qu'on peut visualiser sur une matrice des identités. A partir de cette matrice, on en déduit un arbre phylogénétique ou arbre d'évolution des globines humaines.
Cet arbre permet de proposer un gène ancestral commun et d’estimer l’ordre et la chronologie relative des duplications ayant produit les gènes alpha, beta, gamma, delta, etc. Notons qu'en plus d'être dupliqué, une copie du gène dupliqué peut être transposée sur un autre chromosome, c'est-à-dire qu'une copie restera sur le chromosome d'origine et l'autre copie ira sur un chromosome différent. Chaque nœud dans cet arbre correspond à une duplication d'un gène qui subit ensuite une évolution indépendante correspondant aux mutations aléatoires.
A partir de cela, il est possible d'en déduire les différents évènements qui ont abouti à la formation des gènes de globines humaines à partir d'un gène ancestral.
Anomalies de caryotype
Les anomalies de caryotype sont une modification du nombre de chromosome. Une non-disjonction lors de la migration des chromosomes homologues en anaphase I ou des chromatides sœurs en anaphase II (voir cours sur le brassage génétique de la méiose) peut avoir lieu et dans ce cas il y aura un nombre de chromosomes anormal dans certains gamètes.
Lors de la fécondation, le zygote ainsi engendré sera pourvu d'un nombre anormal d'exemplaires d'un chromosome (au lieu de deux exemplaires). On parle dans ce cas-là d'aneuploïdie, c'est à dire d'un caryotype diploïde anormal.
Plusieurs types d'aneuploïdie peuvent être observés en fonction des évènements anormaux lors de la méiose :
- Trisomie : présence de trois exemplaires de chromosomes au lieu d'une paire
- Monosomie : présence d'un seul exemplaire de chromosome au lieu d'une paire
- Nullisomie (ou nullosomie) : absence d'exemplaire de chromosome
Ces anomalies du nombre de chromosomes (aneuploïdie) peuvent être viable ou non et peuvent concerner les autosomes (chromosomes non sexuels) et les gonosomes (chromosomes sexuels). Quelques exemples de syndromes associés à des anomalies du nombre de chromosome :
- Trisomie 21 (3 chromosomes 21) dont le phénotype associé est le syndrome de Down
- Trisomie 18 (3 chromosomes 18) dont le phénotype associé est le syndrome d’Edwards
- Trisomie X (3 chromosomes sexuels X) est asymptomatique avec un phénotype féminin
- Monosomie X ( 1 seul chromosome sexuel X, XO) dont le phénotype associé est le syndrome de Turner (phénotype féminin)
- Trisomie XXY (3 chromosomes sexuels dont un est Y) dont le phénotype associé est le syndrome de Klinefelter (phénotype masculin)