PRINCIPES DE BASES DE L ANALYSE DES CHROMOSOMES HUMAINS

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1 PRINCIPES DE BASES DE L ANALYSE DES CHROMOSOMES HUMAINS Dr Sylvie Taviaux Laboratoire de cytogénétique Hôpital Arnaud de Villeneuve CHU Montpellier S-taviaux@chu-montpellier.fr Septembre 2014

2 PRINCIPES DE BASES DE L ANALYSE DES CHROMOSOMES HUMAINS I. Anomalies chromosomiques I. Outils II. Cytogénétique clinique

3 Définition de la cytogénétique L étude des chromosomes défini la cytogénétique Chromosomes des différentes espèces Evolution des chromosomes Chromatine, domaine chromosomique Etudes fonctionnelles des chromosomes au cours du cycle cellulaire La cytogénétique humaine consiste en l étude de l intégrité du nombre et de la structure des chromosomes humains Caryotype en bandes Hybridation in situ sur chromosomes ou noyaux Caryotype moléculaire ou CGH array Etude de l exome ou du Whole génome par séquençage haut débit

4 Structure du chromosome et cycle cellulaire La chromatine (association de L ADN et des protéines de régulation) est divisée dans l espèce humaine en 24 structures diférentes : Les chomosomes (Molecular biology of the cell, Alberts)

5 Description du chromosome en mitose

6 Chaque cellule humaine exceptées les cellules germinales contiennent 46 chromosomes (23 paires) 2 copies de chaque chromosome, un d origine paternel et un d origine maternel appelées chromosomes homologues. 22 autosomes et 1 paire de gonosomes XX ou XY

7 PRINCIPES DE BASES DE L ANALYSE DES CHROMOSOMES HUMAINS I. Anomalies Chromosomiques

8 Anomalies chromosomiques I. Définitions II. Anomalies de nombre III. Anomalies de structure 1. Mécanismes 2. Translocation réciproque 3. Translocation robertsonnienne 4. Délétion / duplication 5. Inversion 6. Autres

9 I. Définitions Anomalies chromosomiques

10 L intégrité du génome (nombre et structure des chromosomes) doit être maintenu au cours de la reproduction de l espèce (méïose) et au cours des divisions cellulaires (mitoses)

11 Définition Anomalies chromosomiques (1) Anomalie de nombre secondaires à une anomalie de ségrégation méiotique ou mitotique Anomalie de structure secondaires à une anomalie de recombinaison/réparation Les anomalies équilibrées ne modifient pas le contenu génétique des cellules et ne se traduit pas par une anomalie du phénotype. Les anomalies déséquilibrées se définissent par le gain ou la perte de matériel génétique et se traduisent par une anomalie du phénotype

12 Définition Anomalies chromosomiques Le déséquilibre chromosomique a pour conséquence une anomalie du nombre de copie d un certain nombre de gènes (supérieur à 2 copies en cas de gain et inférieur à 2 copie en cas de perte). Les conséquences phénotypiques des déséquilibres chromosomiques sont secondaires à l effet du «dosage génique» des gènes impliqués dans le déséquilibre chromosomique

13 Définition Anomalies chromosomiques Anomalies chromosomiques homogènes : sont présentes dans toutes les cellules de l organisme produites en général par la fécondation d un gamète porteur d une anomalie chromosomique Anomalies chromosomiques en mosaïque : Présence de différentes lignées cellulaires avec un composant chromosomique variable pour l individu Produites en général dans la période pendant la vie embryonnaire post-zygotique

14 Anomalies chromosomiques II. Anomalies de nombre

15 Principales étapes de la méiose D après Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling R J. Gardner, G R Sutherland, L G Shaffer Fourth Edition

16 II. Anomalies de nombre Les anomalies de nombre se définissent par le gain ou la perte d un chromosome (trisomie ou monosomie) Les anomalies de nombre sont déséquilibrées Les anomalies de nombre sont secondaires à une anomalie de ségrégation chromosomique lors de la division cellulaire : méïose ou mitose Toutes ne sont pas viables : Autosomes : trisomies 13, 18, 21 : compatibles monosomie : non compatible Gonosomes : trisomies X et Y : compatibles monosomie X : compatible

17 II. Anomalies de nombre : homogène MEIOSE I MEIOSE II

18 II. Anomalies de nombre Nombre Haploïde n=23 (gamètes) Nombre Diploïde : Euploïde 2n=46 (somatique) Aneuploïdie : Anomalie de Nombre 2n +/- 1,2,3 ex. 2n+1=47 trisomie ex. 2n-1=45 monosomie D après Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling R J. Gardner, G R Sutherland, L G Shaffer Fourth Edition

19 II. Anomalies de nombre Accident méiotique suivi d un «sauvetage zygotique» mitotique Unidisomie uniparentale D après Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling R J. Gardner, G R Sutherland, L G Shaffer Fourth Edition

20 II. Anomalies de nombre Etiologies des non-disjonctions méïotiques Age maternel Anomalie des facteurs contrôlant la meïose Anomalie des protéines du complexe synaptonémal

21 II. Anomalies de nombre : Mosaïque L individu porteur d une anomalie de nombre en mosaïque a deux populations cellulaires différentes par leur formule chromosomique. Une population est anormale l autre population est normale. Autosomes : trisomies en mosaïques 8,9,20,22, sont compatibles avec la survie (en plus des 21,13,18) monosomie : non compatible

22 II. Anomalies de nombre : Mosaïque Non disjonction mitotique lors des premières divisions cellulaires de l embryon après la fécondation post zygotique,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, D après Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling R J. Gardner, G R Sutherland, L G Shaffer Fourth Edition

23 II. Anomalies de nombre : Mosaïque Accident méiotique suivi d un «sauvetage zygotique» mitotique D après Chromosome Abnormalities and Genetic Counseling R J. Gardner, G R Sutherland, L G Shaffer Fourth Edition

24 Anomalies chromosomiques III. Anomalies de structure 1) Mécanisme

25 III. Les anomalies de structure : Mécanismes Résultent d échanges qui se produisent entre des régions chromosomiques non allélique : NAHR : Recombinaison homologue non allélique NHEJ : Non Homologue End Joining. Cassures avec une réparation entre régions non homologues

26 III. Les anomalies de structure : mécanismes NAHR : Recombinaison homologue non allélique : repose sur la présence dans le génome de séquence de plusieurs milliers de paires de bases présentant une forte homologie de séquence entre elles : les Low Copy Repeat (LCR) Cette homologie de séquence permet l appariement non allélique entre des régions intrachromosomique ou interchromosomique LCR ( Low Copy Repeats): blocs d ADN (1 à 400 kb) présents en plusieurs copies dans le génome constituent 5% du génome humain homologie de séquence très élevée ( > 95% )

27 III. Les anomalies de structure : mécanismes NHEJ : Cassures doubles brin et ligation inapropriée de différents segments Blocage de la fourche de réplication Microhomology and end joining : MMEJ. Au niveau de segments chromosomiques ayant quelques nucléotides en commun «microhomologous patches» Fork-stalling and template switching : FoSTes. Blocage de la fourche de réplication et changement de matrice sur un même chromosome ou sur un chromosome différent

28 Nature review Genetics Vol11 dec 2010

29 Anomalies chromosomiques III. Anomalies de structure 2) Translocation réciproque

30 III. Anomalies de structure 2) Translocation réciproque Les translocations réciproques se caractérisent par deux cassures sur deux chromosomes différents et recollement après échange des segments distaux. Peuvent impliquer n importe quel chromosome

31 III. Anomalies de structure 2) Translocation réciproque Elles sont transmises ou de novo Diagnostiquée chez 1/1200 sujet donc 1 couple sur 600 Dans la majorité des cas, une translocation réciproque est équilibrée et le phénotype de l individu porteur est normal. Parfois phénotype anormal et translocation apparemment équilibrée : possibilité de délétion ou duplication au niveau du point de cassure, cassure dans un gène de structure, effet de position

32 III. Anomalies de structure 2) Translocation réciproque Diagramme Pachytène : Appariement lors de la méïose Tetravalent Différents types de ségrégation méïotique

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34 Chromosomes normaux Translocation réciproque MERE PÈRE P 5 1 :alterne P P 11 P 4 : alterne P normal 2 : adjacente 1 3 : adjacente 1 P P P P +- Translocation équilibrée Trisomie 11q/monosomie 5q Trisomie 5q/monosomie 11q Translocation déséquilibrée : trisomie et monosomie partielle

35 Conseil génétique translocation réciproque HC forum

36 Anomalies chromosomiques III. Anomalies de structure 3) Translocation robertsonnienne

37 Les bras courts des acrocentriques : Site de localisation des gènes des ARN ribosomaux (NORs ou organisateurs nucléolaires) (paires:13, 14, 15, 21, 22)

38 III. Anomalies de structure 3) Translocation robertsonnienne

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40 Anomalies chromosomiques III. Anomalies de structure 3) Délétion / duplication

41 Délétion perte d un segment chromosomique qui a pour conséquence une monosomie partielle avec haploinsuffisance des gènes localisés au niveau du segment perdu. Duplication gain d un segment chromosomique qui a pour conséquence une trisomie partielle avec présence de 3 copies des gènes localisés au niveau du segment dupliqué

42 Délétion/Duplication Délétions/Duplications : anomalies déséquilibrées Les délétions/duplications sont générés au moment du processus de réparation de cassures chromosomiques et peuvent se produire au moment de la meïose ou de la mitose (y compris mitose germinale prémeïotique) On distingue les délétions/duplications récurrentes secondaires à un processus de réparation «homology dépendent» rares secondaires à un processus de réparation «non homology dependent»

43 Délétion/Duplication Recombinaison homologue non allélique NAHR : Les délétions/duplications secondaire à la recombinaison homologue non allélique sont générées au moment de la meïose La recombinaison homologue non allélique est responsable des nombreuses délétions/duplications récurrentes (Syndrome de Smith- Magenis et Syndrome de Potocki-Lupski impliquant le chromosome 17, région 22q11 )

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45 Anomalies chromosomiques III. Anomalies de structure 4) Inversion

46 Une inversion est une anomalie de structure intrachromosomique équilibrée Une inversion résulte de deux cassures sur un même chromosome suivies de réparation après inversion du segment intermédiaire. L inversion est péricentrique si les points de cassure sont localisés de part et d autre du centromère. L inversion est paracentrique si les points de cassure sont localisés sur un même bras chromosomique.

47 L inversion est une anomalie équilibrée mais entraine des difficultés d appariement à la méïose

48 Segregation méïotique d une inversion péricentrique Crossing-over dans la boucle d inversion

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50 Anomalies chromosomiques III. Anomalies de structure 5) Autres

51 L insertion se produit après 3 cassures : 2 cassures sur un chromosomes libèrent un segment chromosomique 1 cassure sur un autre chromosome permet l insertion de ce segment chromosomique au niveau du point de cassure Réarrangement chromosomique équilibré Au moment de la méïose, l appariement des homologues de façon indépendante conduit à la formation de 4 types de gamètes: 2 équilibrés : 1 normal, 1 porteur de l insertion équilibrée 2 déséquilibrés : 1 avec une trisomie partielle, 1 avec une monosomie partielle Wikipedia

52 Un isochromosome est un chromosome anormal formé de deux bras longs ou de deux bras courts d un même chromosome avec perte de l autre bras. Anomalie chromosomique déséquilibrée. Un chromosome en anneau résulte d une cassure à chaque extrémité d un chromosome suivie par un recollement avec perte des segments distaux. Anomalie déséquilibrée, le plus souvent de novo. Un anneau est une structure instable en mitose et lors de la gamétogenèse.