Chromosome 21

De biorousso
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Caractéristiques générales

  • Taille du chromosome: 1,6 cm
  • Nombre de paire de bases: 46'944'323
  • Nombre de gênes: 300
  • Description de certains gènes:
  • Gêne impliqué dans la texture des cheveux
  • Gêne codant pour la protéine amyloïde impliquée dans la maladie d'Alzheimer
  • Gêne associé à l'épilepsie
  • Lieux de séquençage: Allemagne, France, Japon, Royaume-Uni, Suisse, États-Unis
  • Il est le plus petit des chromosomes
  • Responsable de la trisomie 21 (syndrome de Down)

Concept développé par le poster

Fonction d'une protéine

  • On possède plusieurs centaines de milliers de protéines différentes et elles ont toutes un rôle bien spécifique, elles sont par exemple impliquées dans:
  • La coagulation du sang
  • Le transport d'oxygène
  • L'amplification du son dans l'oreille interne
  • La transmission d'un signal nerveux
  • La production d'énergie
  • Chaque protéine possède plusieurs fonctions, capacités:
  • Par exemple: La liaison avec d'autres protéines
  • La découpe de segments d'ADN
  • L'assemblage d'acides aminés
C'est la combinaison de ces capacités qui détermine la fonction globale de la protéine
  • Bien que plusieurs protéines peuvent avoir les mêmes fonctions, elles en ont aussi qui les différencient et les spécialisent dans leur travail.
  • C'est grâce au contenu entier de la protéine que l'on peut déterminer sa fonction: c'est un des rôles de la bioinformatique que de suggérer cette fonction après avoir testé la protéine en laboratoire.

Syndrome de Down

  • Nous possédons au total 46 chromosomes.
  • Les personnes atteintes de trisomie 21 (ou syndrome de Down) ont 47 chromosomes.
  • Cela est dû à une troisième copie du chromosome 21 dans chacune des cellules[1].

Cela entraîne par la suite:

  1. Une production excessive de protéine
  2. Un retard mental
  3. Des modifications morphologiques particulières

Même si plusieurs théories ont été mises de l'avant, personne ne connaît les vraies causes de la division incorrecte de la cellule responsable du syndrome de Down. Tout ce qu'on sait, c'est que cette erreur de la vie est dû à une mauvaise division méiotique.

Développement et explication

Fonction d'une protéine

Introduction

  • Les protéines sont une des plus grandes classes de molécules que l'on trouve chez tous les organismes vivants.
  • Ce sont elles qui assurent la majorité des fonctions de la cellule.
  • Les protéines sont des macromolécules, elles sont constituées par des chaînes d'acides aminés.

Ouverture du concept

De quoi est composé une protéine?

Une protéine est une succession d'acides aminés, c'est donc une polymère d'acides aminés.

Qu'est-ce que les acides aminés?

Ce sont eux qui composent la protéine, ils peuvent être hydrophobes, hydrophiles, polaires...
C'est la combinaison de ces acides aminés qui déterminera les fonctions de la protéine

Comment est faite la structure de la protéine?

La combinaison des acides aminés va former une structure tridimensionnelle, et c'est cette structure qui permet à la cellule d'effectuer certaines fonctions.
C'est donc la forme de la protéine qui détermine ses capacités.

Combien existe-il d'acides aminés?

Dans la nature, on peut en trouver plus que 100, mais il y en a seulement 20 qui servent pour le codage de l'ADN.

Combien d'acides aminés faut-il pour créer une protéine?

Les chaînes d'acides aminés sont toutes faites à partir de 20 acides aminés.
Le nombre peut varier de 60 (nombre minimal pour que la protéine puisse avoir une fonction) jusqu'à plusieurs milliers d'acides aminés.

A quoi sert l'étude des protéines?

L'étude des protéines nous permet de comprendre le fonctionnement des protéines (ainsi que leur dysfonctionnement). Les protéines, étant intimement liées aux cellules, tissus et organes, devraient nous aider à comprendre certaines maladies. L'étude des protéines (appelée aussi "recherche en protéomique") pourrait faire progresser la médecine et la compréhension du corps (de son mécanisme et de ses problèmes).

Protéine amyloïde et maladie d'Alzheimer

Le chromosome 21 code pour la protéine amyloïde qui peut causer un groupe de maladies tissulaires que l'on appelle l'amylose. L'une des maladies amyloïdes spécifiques est l'Alzheimer.

  • L'amylose est une maladie tissulaire qui se caractérise par le dépôt de protéines insolubles dans certains tissus humains. Ces agrégats formés par les protéines empêchent le bon fonctionnement des tissus. Il existe plusieurs formes d'amylose impliqués dans plusieurs maladies en relation avec les reins, les yeux, le foie etc. Les formes les plus fréquentes sont:
  • L'amylose AL, concernant l'immunoglobuline qui est une protéine jouant un rôle important dans la défense de l'organisme contre les agressions.
  • L'amylose AA qui est inflammatoire.
  • L'amylose ATTR, concernant la transthyrétine qui est en relation avec les maladies du système nerveux périphérique (fait circuler l'information entre les organes)
  • L'Alzheimer

L'Alzheimer est une maladie neurodégénérative, c'est à dire qu'elle affecte la partie cérébrale et plus généralement le système nerveux de façon progressive. Cette maladie est la conséquence de l'amylose et se définit par une destruction progressive de cellules du cerveau, ce qui entraîne un lent déclin des facultés mentales. En effet, les cellules nerveuses perdent peu à peu de leur capacité de fonctionner et finissent par se nécroser. En même temps, les matières permettant l'échange d'information se dégradent. Les symptôme de cette maladie sont:

  • L'amnésie
  • Un trouble du langage
  • L'incapacité d'effectuer certains mouvements
  • Le déficit des capacités de reconnaissance
  • Un problème de d'organisation/planification
  • l'orientation dans l'espace

On ne connait pas la cause de cette maladie. Des mutations de certains gènes prédisposant à l'Alzheimer ont étés identifiés et on pense que l'environnement qui nous entoure ou certains facteurs génétiques contribuent à son développement. Elle est génétiquement héréditaire, plusieurs membre d'une même famille peuvent en être touchés. C'est la principale cause de démence chez les personnes âgées. En effet, un âge avancé favorise le développement de cette maladie, donc plus on vieillit, plus on a de chances d'en être atteint, mais elle peut aussi apparaître au début de l'âge adulte. Elle se manifeste entre 30 et 50 ans.

L'épilepsie

L'épilepsie est une maladie neurologique touchant donc le système nerveux. Elle est causée par un mauvais fonctionnement de l'activité électrique du cerveau qui vont causer certains dérèglement passagers (crises). En effet, il existe un équilibre entre les milliards de neurones excitateur et inhibiteur (qui ralenti ou stoppe une réaction). Il existe plusieurs forme de crises d'épilepsies:

  • Les crises tonico-cloniques se manifestent de façon violente: mouvement non-contrôlé, chute, morsure de la langue etc.
  • Les crises appelées des absences se manifestent d'une façon plus brève et se caractérisent par des automatismes.
  • Les crises partielles ne touchent que quelques parties du corps et sont d'une durée très courte.

Ces deux dernières crises peuvent évoluer vers des crises tonico-cloniques. Il n'existe pas d'anti-éliptiques, seul un neurologue peut donner un traitement spécifique à la personne atteinte d'épilepsie.

Syndrome de Down

Introduction

En 1959, un article est publié par le médecin français Jérôme Lejeune et son équipe, expliquant que cette maladie est causé par l'apparition d'un chromosome excédentaire, c'est à dire trois chromosome 21 au lieu de deux. C'est la première anomalie génétique découverte chez l'homme et la première relation que l'on fera entre la composition génétique ou information génétique d'un individu (le génotype) et l'ensemble des traits observables caractérisant un être humain (phénotype). Notons que le phénotype dépend du génotype. La complication majeure qu'engendre le syndrome de Down (appelé aussi trisomie 21 ou mongolisme), est la malformation. En effet, une malformation physique externe ou interne peu donner suite à des hospitalisation ( par ex. malformation de la hanche, du cœur etc).

Ouverture du concept

Qu'est-ce que la trisomie?

Le corps est donc composé de milliards de cellules contenant chacune un noyau. A l'intérieur de chaque noyau, nous pouvons observer 23 paires de chromosomes, dont chaque paire est composée de deux chromatides soit 46 chromosomes incluant une paire de chromosome sexuelle. L'une des erreurs génétique que l'on peut rencontrer sont:

  • La monosomie, qui est dû au manque d'un seul chromosome.
  • La trisomie, qui est dû à une mauvaise séparation des chromatides sœurs lors de la méiose qui aura pour conséquence l'apparition d'un troisième chromosome.

Le mot "trisomie" vient de "tri" qui veut dire "trois" et "some" voulant dire "chromosome". La trisomie est donc dû à une non-disjonction, c'est l'aneuplodie. Cette erreur de la nature est létale et peut entraîner de sérieux problèmes qui peuvent aboutir à plusieurs hospitalisations comme par exemple:

  • Une anomalie musculo-squelettique
  • Des luxations
  • Une mauvaise articulation
  • Une dyplasie (anomalie de forme, de volume ou de fonctionnement)
  • etc.

Existe-t-il d'autres formes de trisomies?

Lorsque l'on parle de trisomie, on parle généralement du syndrome de Down, qui est le plus fréquent. Mais il existe d'autres formes de trisomie. Une mauvaise division méiotique lors de la première division cellulaire ou de la deuxième division peut se produire pour n'importe quelle paire, mais la fréquence n'est pas tout à fait la même. En effet, il y a des types de trisomie qui se révèlent létales et d'autres viables. Parmi ceux que l'on considère comme non-létales, il y a:

  • La trisomie 21 (Syndrome de Down)[2]
  • La trisomie 13 (Syndrome de Patau)[3]

Tout comme la trisomie 21, le risque augmente avec l'âge maternel. La trisomie 13 se décrit de la même manière que les autres trisomie: 47 chromosome au lieu de 46. C'est la trisomie la plus rare pouvant aboutir à une naissance (1 enfant sur 24'856 alors que la trisomie 21 à un risque qui atteint 1 enfant sur 895). Elle se caractérise par de nombreuses anomalies au niveau du système nerveux, des reins, du visage, du cœur etc.

  • La trisomie 18 (Syndrome d'Edwards)[4]

Cette trisomie est aussi une maladie congénitale avec un chromosome (18) surnuméraire. Elle se caractérise par un mauvais développement des muscles, une déformation des mains, des pieds etc. Elle touche une naissance sur 10'554, la majorité des cas meurent in utero avant 6 mois. Si l'enfant naît, son espérance de vie est très courte: quelques semaines environ.

  • La trisomie 9 (Syndrome de Warkany)

Les personnes atteintes de trisomie 9 mosaïque (voir plus bas, les différents types de trisomie) peuvent vivre comme les personnes atteintes de trisomie 21, les symptômes et anomalies se ressemblent fortement. Alors que les fœtus atteints de trisomie 9 complète meurent in utero. Comme la trisomie 21 et 13, le risque d'avoir un enfant atteint de cette maladie congénitale augmente avec l'âge de la mère.


N.B.Toutes ces maladies sont issues du chromosome correspondant à leur numéro.

Combien de types différents de trisomie 21 y a-t-il?

Il existe trois types de trisomie 21:

1.La trisomie libre: Ce type de trisomie représente 95% des cas, il est le plus fréquent. On parle de trisomie 21 libre lorsqu'il y a une mauvaise distribution dans l'ovule ou dans le spermatozoïde. Cette erreur se produit dans la première division cellulaire de l'œuf fécondé (voir notion de non-disjonction plus bas). Un tiers des trisomies libres est d'origine paternelle, les deux tiers restant sont d'origine maternelle.

2.La trisomie en mosaïque: Ce type-là est plus rare, il représente environ 2% des cas. Cette fois, l'erreur se fait lors de la deuxième division cellulaire, voire la troisième et on peut observer que l'individu sera porteur à la fois de cellules dites "normales" et de cellules trisomiques. Il aura donc des cellules possédant 46 chromosomes et d'autre cellules possédant 47 chromosomes, dont trois chromosomes 21.

3.La trisomie en translocation: Ce type-là représente, tout comme la trisomie en mosaïque, environ 2% des cas. La translocation est la cassure d'un segment de chromosome et le transfert sur un autre chromosome non homologue. En effet, dans ce cas on trouve deux chromosomes 21 libre et un troisième qui est transloqué sur un autre chromosome, généralement le chromosome 14 avec lequel il échange les segments.[5] Il existe deux sortes de translocation:

  • La translocation réciproque se produit lorsqu'il y a un échange de fragments entre deux chromosomes non homologue.
  • La translocation non-réciproque se produit lorsqu'un un chromosome non homologue donne son fragment et qu'il n'en reçoit aucun en échange.

C'est le seul type de trisomie où l'un des deux parents est porteur d'un chromosome ayant subi la translocation et qu'il n'est pas atteint de trisomie.

N.B. Il existe différentes altérations de la structure chromosomique, la translocation est celle qui est le plus en lien avec la trisomie.

Qu'est-ce qu'un chromatide?

Chaque chromosome a la forme d'une longue et fine fibre de chromatine. Celle-ci est composé d'un complexe d'ADN, de protéines et d'un peu d'ARN (les histones)[6]. La chromatide est la forme très condensé de la chromatine. En effet, chaque fibre de chromatine s'enroule et se replie de manière très serrée, ce qui raccourcit les chromosomes d'environ un millier de fois. Sous sa forme condensée, le chromosome dédoublée (c'est à dire les chromatides sœurs) possède un centromère qui est la région spécialisée ayant pour but d'attacher les chromatides sœurs, donnant ainsi à celles-ce la forme d'un X [7]. Chaque chromosome peut être constitué d'une ou de deux chromatides

  • Au cours de la mitose, nous pouvons voir que les deux chromatides soeurs de chaque chromosome dédoublé sont séparées et se retrouvent dans deux noyaux différents. Ceci va aboutir par la suite à la futur cellule somatique. Dans ce cas, il n'y a qu'une seule chromatide.
  • Après la duplication et le conditionnement de l'ADN (sa condensation), chaque cellule contient un noyau et celui-ci renferme les 23 paires de chromosomes, c'est à dire 46 chromosomes au total. Dans ce cas, il a deux chromatides ce qui équivaut à deux chromosomes.

Quelle est la source de cette "mauvaise séparation" des chromatides?

Pendant la méiose ou la mitose, certaines erreurs peuvent survenir. En effet, nous avons vu qu'il pouvait y avoir des mutations (ou aberrations) chromosomiques qui peuvent s'avérer létales dans certain cas est ainsi mener à l'avortement du fœtus. Dans un autre cas, celui-ci survit à la mutation chromosomique et nait avec des problèmes physiques dû à un trouble du développement. Deux phénomènes bien distinct apparaissent lorsque l'on parle de mauvaise séparation des chromatides:

  1. La non-disjonction:

En temps normal, la mitose et la méiose se passe sans aucun problème. Lors de ces deux processus, une accident peut survenir et cette erreur s'appelle la non-disjonction. En effet, les chromosomes homologues ne se séparent pas pendant la méiose I ou les chromatides sœurs ne se séparent pas correctement lors de la méiose II [8]. Dans ce cas, nous aurons l'un des gamète qui recevra deux chromosomes de la paires et l'autre qui n'en recevra aucun.

  1. L'aneuploïdie:

La non-disjonction est le processus qui aboutira à une aneuploïdie. Celle-ci se définit par un nombre de chromosome anormal; des gamètes anormaux s'unissant avec des gamètes normaux donnent des cas comme la monosomie (n-1) et la trisomie (n+1). En effet, une cellule possédera donc 47 ou 45 chromosomes [9]. Comme nous venons de le dire, l'aneuploïdie présente deux types:

  • l'aneuploïdie par défaut ou monosmie que l'on retrouve dans le syndrome de Turner où un phénotype féminin n'aura qu'un chromosome sexuel X au lieu d'en avoir deux.
  • l'aneuploïdie par excès ou trisomie, dans le cas où un individu de phénotype masculin possède un chromosome X en trop. On retrouve plusieurs trisomies différente: la trisomie 9, 13, 18, 21 (voir autres formes de trisomies).

À l'heure actuel, nous connaissons un type de mammifère de la famille des carpes vivant en Espagne et possédant un triple jeu de chromosomes qui a pour particularité d'avoir l'un de ses chromosomes qui est rendu inactif par un mécanisme non-connu et qui pourrait nous aider à donner lieu à de nouvelles thérapies.

Conclusion

Pour finir, nous avons que le chromosome 21 code pour des gènes en relation avec des maladies neuro-cérébrales et que ces maladies n'ont pas de traitements ou médicaments qui leur est propre. En effet, une personne atteinte de l'Alzheimer peut ralentir le processus qui favorise la maladie et un personne atteinte d'épilepsie peut essayer de réduire ces crises, mais on ne peut pas guérir ces deux cas. Concernant la trisomie 21, des expériences menées par des scientifiques américains, montre qu'une souris trisomique voyait ses capacités d'apprentissage et ces facultés s'améliorer grâce à la molécule PTZ (pentylenetetrazol). Des recherches sur l'homme sont prévues afin d'évaluer ce nouveau traitement potentiel.

Sources

Bibliographie

  • Septième édition de Biologie, de Neil Campbell et Jane Reece
  • Première édition de Biologie, de Peter H. Raven

Sites internets

Fonction d'une protéine

Syndrome de Down

L'Alzheimer

L'épilepsie

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