L'étude de certaines protéines, chez des sujets porteurs de
délétion ou de trisomie partielle, a permis de présiser la localisation
chromosomique de quelques gènes chez l'homme : par exemple la phosphatase
acide du globule rouge (Ac P1) sur la bande 2q23 [1], la lactico
déshydrogénase-B (LDH-B) sur le bras court du 12 [2, 3, 4], le facteur
Hageman (facteur XII de la coagulation) sur la bande 7q35 [5]. Dans ces
observations, la localisation exacte est fondée sur la relation entre la
constitution génique et l'activité biologique de la protéine.
Nous avons récemment montré que la superoxyde dismutase (SOD-1) ou
indophénoloxydase-A (EC 1.15.1.1.), dont le gène avait déjà été localisé
par les tech-niques d'hybridation cellulaire sur le chromosome 21 [6], était
significativement augmentée dans les érythrocytes des sujets trisomiques 21
[7]. L'activité enzymatique est proportionnelle au nombre de chromo-somes
21.
Afin de préciser la localisation de ce gène sur le chromosome 21,
nous rappor-tons les résultats des dosages de SOD-1 érythrocytaire effectués
chez des sujets atteints de trisomie ou de monosomie partielle.
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Méthodes
Le dosage de la SOD érythrocytarie a été effectué selon la
méthode décrite par Lavelle et al. [8] avec la modification suivante : avant
la précipitation de l'hémoglobine par le mélange éthanol chloroforme, les
lysats érythrocytaires sont ajustés à une valeur constante de 8 g pour cent
en hémoglobine. Les résultats sont exprimés en ug SOD/g Hb. Les examens ont
été réalisé chez :
- 23 sujets de phénotype normal, dont 9 enfants et 15 adultes.
- 14 trisomiques 21, dont 9 enfants et 5 adultes. (Aucun des patients
n'est atteint de cardiopathie cyanogène. L'examen du caryotype a révélé,
chez tous, une trisomie 21 libre et homogène.)
- 2 enfants trisomiques pour une partie du chromosome 21 (cas nos 1 et
3).
- 3 enfants monosomiques pour une partie du chromosome 21 (cas nos 4,
5 et 6).
Afin de préciser dans chaque cas la nature des remaniements, les
analyses chromosomiques ont été effectuées avec les méthodes de marquage en
bandes R [9], en bandes Q [10] et en bandes T [11].
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RésultatsHaut
Trisomie 21
Le taux moyen de SOD érythrocytaire chez les trisomiques 21 est de
1684 ug SOD/g Hb± 178 {m ± s). Chez les sujets normaux, il est de 1075 ug
SOD/g Hb ± 92 (m ± s) (fig. 1). La différence entre ces valeurs est
hautement significative (t = 11, ?9; P<< 0,001). Le rapport moyen des
taux de SOD trisomiques 21/sujets normaux est de 1,56, proche du rapport des
dosages géniques, et il n'y a pas de chevauchement des valeurs entre ces deux
échantillons. Ces résultats concordent avec ceux que nous avions
précédemment observés en employant des méthodes de dosage différentes [7,
12].
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Trisomie 21 partielle
Cas n° 1.
(IP n° 10321, observation non publiée). L'enfant, de sexe
féminin, possède 47 chromosomes en raison de la présence d'un petit
acrocentrique surnuméraire d'une taille inférieure à celle d'un chromosome
21(fig. 2a).
Chez la mère, il existe une translocation équilibrée t (15 ;
21) (q26.2 ; q21) (fig. 2b).
Ayant reçu de sa mère un chromosome 21 normal et, par
malségrégation, le chromosome 21 remanié, l'enfant est trisomique pour le
segment 21pter ? 21q21 ainsi que pour la sous bande 15 q 26.2.
Le phénotype de cet enfant est pratiquement normal. Il existe un
très léger retard mental.
Le dosage de la SOD est normal (1014 ug/g Hb) (fig. 1).
 Fig. 1. Ordonnée : SOD ug/g Hb. Résultats des mesures
d'activité SOD-1 érythrocytaire chez 23 sujets normaux (Nx), 14 trisomies, 21
complètes (Tri 21) 2 trisomies 21 partielles (n° 1 et 3) et 3 monosomies 21
partielles (n°4, 5 et 6).
Cas n° 2.
(IP n° 8435, observation non publiée). Il s'agit du frère cadet
du cas n°1, décédé d'une cardiopathie congénitale à six mois.
Son phénotype correspondait à celui de la trisomie 21.
L'analyse chromosomique a révélé 46 chromosomes : les 2
chromosomes 21 sont normaux, l'un des chromosomes 15 est identique au 15q+ de
sa mère. Cet enfant était donc trisomique pour le seul segment 21q22.
En raison de son décès précoce, il n'a pas été possible de
doser chez lui la SOD.
 Fig. 2. Trisomie 21 pter ? 21q21 et
15qter (cas n° 1). (a) Chromosomes 15 et 21 de l'enfant en marquage R. La
formule chromosomique est : 47,XX,+der (21) mat; (b) translocation maternelle
en marquage T. La formule chromosomique est 46, XX, t (15 ; 21) (q 26.2 ; q
21).
Cas n° 3. (Observation non publiée).
L'enfant, de sexe masculin, possède 46 chromosomes. L'un des
chromosomes 21 est remplacé par un grand acrocentrique.
Seul l'application de plusieurs techniques de marquage permet
d'analyser ce chromosome avec précision.
- en bandes R, on voit qu'une partiede la bande 21q22 est
présente en position intercalaire (fig. 3a).
- en bandes Q, on voit que la bande 21q21 est présente en deux
exemplaires (fig. 3b).
- en bandes T, on voit que la partie de la bande 21q22 en position
intercalaire n'est pas une bande T positive (fig. 3c). Sachant que la bande R
positive se décompose en deux sous bandes positives 21q22.1 et 21q22.3 [13] et
que seul 21q22.3 se marque en bande T [11], nous pouvons conclure que la partie
de la bande 21 q 22 excédentaire, en position intercalaire, est la sous bande
21q22.1.
L'enfant est donc trisomique pour le segment 21q21 ?
21q22.1.
L'accident qui a permis la formation de l'élément anormal est,
soit une insertion d'un segment de chromosome 21 dans un autre chromosome 21,
soit une duplication partielle directe d'un segment de chromosome 21. Dans
cette dernière hypothèse, la formule chromosomique serait : 46, XY, dup dir
(21) (q21 ? q22.1).
Les parents possèdent un caryotype normal.
Le phénotype de l'enfant est très comparable à celui
correspondant à une trisomie 21 complète, et en particulier, le retard mental
et le comportement.
Le taux de SOD est de 1883 ug/g Hb, correspondant aux valeurs
observées dans la trisomie 21 complète (fig. 1).
 Fig. 3.
Trisomie 21q21 ? 21q22.1 (cas n° 3). Chromosomes 21 : en marquage (a) R; (b)
Q; (c) T. La formule chromosomique est 46, XY, dup dir (21)(q 21 ?
q22.1).
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Monosomie 21 partielle
Cas n° 4.
(IP n° 11261, observation non publiée). L'enfant, de sexe
féminin, possède 45 chromosomes. Il manque un chromosome 21 et l'un des
chromosomes 5 possède un bras court trop long (fig. 4a).
Chez la mère, il existe une translocation t (5 ; 21 (p 15.2 ; q
21) (fig. 4b, c).
Ayant reçu de sa mère le chromosome 5 remanié mais pas le
chromosome 21, l'enfant est monosomique pour le segment 21pter ? 21q21, ainsi
que pour la sous bande 5p15.3.
Cet enfant est débile mental. Son phènotype est peu
dysmorphique.
Le taux de SOD érythrocytaire est de 1153 ug/g Hb, ce qui
correspond à une valeur normale (fig. 1).
 Fig. 4. Monosomie 21
pter ? 21q21 et 5pter (cas n°4). (a) Chromosomes 5 et 21 de l'enfant en
marquage R. La formule chromosomique est 45, XX, -21, +der (5) mat; (6)
translocation maternelle en marquage R. La formule chromosomique est 46, XX, t
(5 ; 21) (p 15.2 ; q21).
Cas nos 5 et 6 [14].
Les deux germains possèdent 46 chromosomes. L'un de leurs
chromosomes 21 est anormal (fig. 5d). L'utilisation de plusieurs techniques de
marquage a permis de détecter chez la mère une translocation réciproque
équilibrée t (15 ; 21) (q13 ; q22.1) (fig. 5a, b, c).
Ayant reçu de leur mère, le chromosome 15 normal et par
malségrégation le 15 remanié, ces enfants sont trisomiques pour le segment
15pter ? 15q13 et monosomiques pour le segment 21pter ? 21q21.
Ces enfants sont très dysmorphiques et leur débilité mentale
est profonde.
Le taux de SOD est dans le cas n°5 de 1124 ug/g Hb et dans le cas
n°6 de 1152 ug/g Hb, ce qui correspond à des valeurs normales (fig. 1).
 Fig. 5. Monosomie 21pter ? 21q21 et trisomie 15pter ? 15q13.
(a-c) Translocation maternelle t (15 ; 21) (q 13 ; q 22.1). En marquage (a) R;
(b) Q ; (c) T; (d) chromosomes 15 et 21 de l'un des enfants. La formule
chromosomique est 46, XY, -21, +der (15) mat.
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Discussion
La figure 6 résume l'ensemble de nos observations dont nous pouvons
tirer deux conclusions :
- le patient trisomique 21pter ? 21q21 (cas n°1) ayant un taux de
SOD érythrocytaire normal et le trisomique 21pter ? 21q22.1 (cas n°3) ayant
un taux augmenté comme les trisomiques 21 complets, le locus de ce gène
devrait se trouver soit à la partie tout à fait distale de la bande 21q21, soit
dans la sous bande 21q22.1. Cette dernière localisation nous paraît être la
plus plausible.
- La trisomie pour la seule bande 21q22.1 suffit à déterminer une
grande partie de la symptomologie de la trisomie 21. Ceci confirme et précise
les conclusions de Aula et al. [15] qui estiment que le syndrome morbide de la
trisomie 21 est lié à la présence en excès de la bande 21q22.
Quant à nos observations de monosomies partielles, on remarquera que
les trois patients étudiés sont monosomiques pour le segment 21pter ? 21q21
et que leur taux de SOD est normal. Ceci est en bon accord avec la localisation
du gène de la SOD sur la sous bande 21q22.1.
De plus, l'étude des cas de monosomie 21 apparemment complète,
rapportés dans la littérature, fait apparaître deux ordres de constatations
:
- D'une part, lorsque des techniques de marquage en bandes R ou T sont
pratiquées, il est prouvé que la bande 21q22 est transloquée sur un autre
autosome [16, 17, 18]. Dans ces cas, la monosomie n'est que partielle 21pter
? 21q21, comme dans les observations que nous décrivons.
- D'autre part, dans les autres observations étudiées par les seules
techniques de marquage en bandes G ou Q, les auteurs ne peuvent exclure
l'existence d'une translocation de la bande 21q22 sur un autre chromosome [19,
20].
En effet, par ces techniques, la bande 21q22 peu ou pas colorée est
très difficile à mettre en évidence si elle se trouve attachée à un autre
chromosome.
A la lumière de ces constatations, il serait donc du plus haut
intérêt de savoir si la monosomie pour la bande 21q22 est compatible avec la
vie ou du moins avec une vie prolongée et s'accompagne ou non d'une
insuffisance de la synthèse de SOD-1.
Cette enzyme catalyse la dismutation des radicaux superoxydes,
provenant de la réduction monoélectronique de l'oxygène, selon la réaction
:
2H+ +O2- +O2- ? H2O2 + O2
Le rôle catalytique de cette métallo-protéine à cuivre, décrite en
1959 sous le nom d'érythrocupréine [21], ne fut mis en évidence qu'en 1969
par McCord & Fridovich [22]. Depuis d'autres superoxydes dismutases à
manganèse [23] et à fer [24] ont été découvertes.
Chez l'homme, c'est Brewer [25] qui, le premier, rapporta la présence
de cette enzyme sous le nom d'indophénol oxydase (IPO), en distinguant deux
protéines ayant des propriétés électrophorétiques différentes qui sont
:
- la SOD-1 ou IPO-A, dimère, cytoplasmique, retrouvée dans toutes
les cellules [26 , 27], et qui fait l'objet de notre étude.
- la SOD-2 ou IPO-B, tétramère, mitochondriale, retrouvée dans
toutes les cellules sauf le globule rouge [26] et dont le gène est localisé
sur le chromosome 6 [28].
Ce type d'enzyme, présent dans toutes les cellules aerobies, a un
rôle physiologique essentiel en contrôlant la concentration des ions
superoxydes au niveau cellulaire.
Ces ions, produits par de nombreux systèmes biochimiques d'oxydation,
comme par exemple les enzymes flaviniques [29 , 30] ou au cours de
l'autoxidation de l'oxyhémoglobine en méthémoglobine [31] sont hautement
réactifs et toxiques [32-34]. Il est donc possible qu'un déficit
intracellulaire important en SOD, comme ce pourrait être le cas dans les
monosomies 21q22, puisse compromettre gravement la vie de l'organisme, par
augmentation de la concentration en radicaux superoxydes.
Cependant, il apparaît que ces radicaux O2- peuvent être impliqués
dans des processus biologiques importants : hydroxylation des noyaux
aromatiques [35], participation au mécanisme réactionnel de certaines enzymes
telles que la 2-3 tryptophane dioxygènase [36], la dopamine Phydroxylase [37],
le cytochrome P 450 [38]. De plus, les O2-, produits en grande quantité au
cours de la phagocytose ont une action bactéricide [39]. Une baisse de la
concentration intracellulaire des radicaux superoxydes consécutive à
l'augmentation de la concentration de SOD pourrait avoir de multiples
conséquences sur le métabolisme et déterminer ainsi certains des symptômes
de la trisomie 21. Des études préliminaires réalisées dans notre
laboratoire indiquent que le surdosage de la SOD-1 est retrouvé dans d'autres
cellules que le globule rouge.
En conclusion, les mesures d'activité SOD-1 érythrocytaire, chez des
sujets affectés de monosomie ou de trisomie partielle pour le chromosome 21,
conduisent à une localisation probable du gène de cette enzyme sur la bande
21q22.1. En outre, la trisomie pour cette sous bande détermine, à elle seule,
la plupart des symptômes caractéristiques de la trisomie 21 complète. Cela
pourrait être dû, au moins partiellement, à un dérèglement du contrôle de
la concentration cellulaire des radicaux superoxydes.
 Fig. 6.
Représentation schématique des cas observés. (Dessus) Monosomies ; (dessous)
trisomies. Les zones limitées par les flèches représentent les segments
chromosomiques en un exemplaire dans les monosomies partielles et en trois
exemplaires dans les trisomies partielles. Z, localisation probable du gène de
la SOD-1; Ph.Nl., phénotype normal ; Ph. An., phénotype anormal; PhTRI 21,
phénotype de la trisomie 21. L'activité SOD-1 est égale à 1 chez les sujets
normaux et à 1,5 dans les trisomies 21 complètes.
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