Les chromosomes, le caryotype et ses anomalies

Les chromosomes, le caryotype et ses anomalies

I. Introduction II. La structure du chromosome métaphasique 1. Le centromère 2. Les télomères III. Le caryotype 1. Le rangement des chromosomes dans le caryotype 2. Le polymorphisme chromosomique 3. Les bandes chromosomiques 4. Les principaux types de marquage en bandes 5. La nomenclature internationale

IV. Les anomalies chromosomiques 1. Les anomalies de structure Anomalies impliquant un seul chromosome : Inversion - Délétion Duplication - Chromosome en anneau - Isochromosome Anomalies impliquant plusieurs chromosomes : Translocation réciproque-translocation robersonnienne 2. Conséquences des anomalies de structure 3. Les anomalies de nombre V. L hybridation in situ en fluorescence

Chromatine : structure dynamique apparence change en fonction des phases du cycle Condensation maximale de la chromatine à la métaphase Gorbsky laboratory 2005 Phase G2 Interphase Phase G1 Phase S Gorbsky laboratory 2005 Le cycle cellulaire

Chromosomes sur la plaque équatoriale Gorbsky laboratory 2005 Le classement des chromosomes dans le caryotype permet d étudier la structure et le nombre de chromosomes d une cellule la discipline : cytogénétique nécessite des cellules en division

Chromosome métaphasique Bras court p centromère Bras long q Chromatides soeurs

Morphologie des chromosomes p q métacentrique submétacentrique acrocentrique

télomère p centromère q télomère

centromère Centromère Hétérochromatine constitutive Séquences ADN répétées en tandem ADN satellite fixe des protéines Kinétochore

Télomères Photo : INRA Montpellier Télomères Répétition en tandem d un motif de 6 paires de bases Protègent l extrémité des chromosomes Assurent la réplication Associés à des protéines

Caryotype humain = 46 chromosomes 22 paires d autosomes 1 paire de gonosomes XX ou XY

Chromosomes homologues Chromosomes hétérologues

Groupe A Groupe B Groupe C Groupe D Groupe E + Groupe F Groupe G

Chromosomes acrocentriques Groupe D Groupe G

Polymorphisme chromosomique variations inter-individuelles au niveau des régions d hétérochromatine Sans conséquence phénotypique Bras long chromosomes 1, 9, 16 et y Photo : JM Dupont Atlas Genet Cytogenet Oncol Haematol 2008

Les bandes chromosomiques Améliore la résolution et la sensibilité de l analyse cytogénétique Techniques de marquage repose sur des principes biochimiques Mise en évidence d un profil de bandes reproductibles Bande sombre Bande claire

Principaux marquages en bandes des chromosomes Bandes G : colorant le giemsa Bandes R (reverse) Bandes C Bandes NOR Bandes G 11 Bandes R

Principales propriétés biochimiques et fonctionnelles des bandes G et R Bandes G Riches en bases AT Peu de gènes Chromatine condensée Condensation précoce en prophase Réplication tardive en phase S Bandes R Riches en bases GC Nombreux gènes Chromatine peu condensée Condensation tardive en prophase Réplication tôt en phase S

Principaux marquages en bandes des chromosomes Bandes G : colorant le giemsa Bandes R (reverse) Bandes C : abondantes au niveau cen. 1, 9 et 16 et en Yq

Principaux marquages en bandes des chromosomes Bandes G : colorant le giemsa Bandes R (reverse) Bandes C : abondantes au niveau cen. 1, 9 et 16 et en Yq Bandes NOR révélation des organisateurs nucléolaires situés en 13p, 14p, 15p, 21p et 22p

Nomenclature internationale Bande claire Bande sombre Chaque bras divisé en régions Chaque région divisée en bandes Chaque bande divisée en sous-bandes

Les anomalies chromosomiques Constitutionnelles : présentes dès la naissance Acquises : présentes dans les cellules tumorales Conséquence d un accident méiose ou mitose Impliquent un ou plusieurs chromosomes Homogènes = toutes les cellules portent l anomalie Mosaïque = fraction de cellules portent l anomalie Concernent le nombre ou la structure des chromosomes

Inversion, Inv Un chromosome impliqué Deux points de cassure Retournement à 180 Bras court, p Inversion péricentrique Bras long, q Inversion paracentrique Schémas : d après Cytogénétique Hôpital Cochin Paris V

Délétion, Del Un chromosome impliqué Perte d un fragment chromosomique Anomalie déséquilibrée Délétion terminale Chrom. délété Chrom. Normal Délétion intertitielle Schémas : d après Cytogénétique Hôpital Cochin Paris V Chrom. délété Chrom. Normal

Délétion en 12q

Microdélétions Délétions de petites tailles Pas visibles sur le caryotype standard détection nécessite techniques de plus haute résolution, hybridation in situ en fluorescence Concernent au plus une sous-bande chromosomique Exemples : Certaines formes de rétinoblastome, chrom.13 Maladie de Prader-Willi, chrom. 15 Tumeur de Wilms, chrom.11 Syndrome de Di George, chrom. 22

Duplication, Dup Implique un chromosome Deux points de cassure Région chromosomique présente en double exemplaires Anomalie déséquilibrée Duplication directe Duplication inversée Schémas : d après Cytogénétique Hôpital Cochin Paris V

Chromosome en anneau, R Implique un chromosome Cassure sur chacun des deux bras, fusion des extrémités libres Fragments distaux perdus Anomalie déséquilibrée Schémas : d après Cytogénétique Hôpital Cochin Paris V

Isochromosome, I Implique un chromosome Duplication d un bras chromosomique et perte de l autre bras Anomalie déséquilibrée Isochromosome du bras court Isochromosome du bras long Schémas : d après Cytogénétique Hôpital Cochin Paris V

Translocation réciproque, trcp Implique deux chromosomes non homologues Cassures sur les deux chromosomes Anomalie équilibrée ou déséquilibrée Schémas : d après Cytogénétique Hôpital Cochin Paris V

Translocation roberstonnienne, trob Implique deux chromosomes acrocentriques Perte des bras courts Fusion des bras longs Pas de conséquence directe pour le sujet porteur de la translocation Chrom. Transloqué Schémas : d après Cytogénétique Hôpital Cochin Paris V Chrom. normaux Fragments perdus

Conséquences des anomalies de structure Dépend du remaniement Anomalie de structure déséquilibrée conséquence clinique fonction du nombre et de l importance fonctionnelle des gènes impliqués Translocation robertsonnienne t(14;21) Pas de conséquence pour le sujet porteur Production de gamètes anormaux

Les anomalies de nombre des chromosomes = aneuploïdie Conséquence non-disjonctions chromosomiques de méiose ou de mitose -> aneuploïdie homogène ou en mosaïque Tous les chrom. peuvent être impliqués seulement un nombre limité compatible avec la vie

Les accidents méiotiques affectent une paire de chromosomes -> non-disjonction -> aneuploïdie Peuvent survenir en méiose I ou en méiose II Affectent les autosomes et les gonosomes gamète disomique gamète nullisomique

Ségrégation normal des gonosomes dans la méiose masculine Méiose I 46,XY Spermatocyte I Anaphase I Séparation des homologues Méiose II 23,X 23,Y Spermatocyte II Anaphase II 23,X 23,X 23,Y 23,Y Séparation des chromatides sœurs 23,X 23,X 23,Y 23,Y

Méiose I Non-disjonctions méiose masculine Méiose I normale Disomique Hyperhaploïde 46,XY Nullisomique Hypohaploïde 46,XY 24,XY 22,0 23,X 23,Y Méiose II normale Méiose II 24,XY 22,0 22,0 23,X 23,Y 22,0 22,0 24,XY 24,XY 22,0 22,0 23,X 23,X 24,YY 22,0

Conséquence des non-disjonctions méiotiques Monosomie homogène Trisomie libre et homogène Trisomie 21 libre Trisomie 21 due à une translocation roberstonienne

Les monosomies 22 23 45 zygote 45,Y0 monosomie des autosomes -> expulsion de l œuf monosomie des gonosomes 45,X0 expulsion de l œuf Syndrome de Turner

Les trisomies 23 24 47 zygote trisomie des autosomes -> 13, 18, 21

Trisomie 21 ou syndrome de Down La plus fréquente Incidence 1/650 92% trisomies libres homogènes Trisomie 21 libre

Trisomie 21 ou syndrome de Down : Tableau clinique

Trisomie 13 Incidence 1/8 000-1/15 000 95% fœtus décèdent in utéro 5% décèdent après la naissance Malformations cérébrales Dysmorphie faciale Anomalies oculaires Polydactylie postaxiale Malformations viscérales Retard psychomoteur Polydactylie postaxiale main pied

Trisomie 18 Incidence 3/10 000-1/6 000 95% aboutissent avortement spontané

Les trisomies 23 24 47 zygote trisomie des autosomes -> 13, 18, 21 Syndrome de Down trisomie des gonosomes 47,XXX 47,XYY 47,XXY Syndrome de Klinefelter

Syndrome de Klinefelter Incidence 1/1 000 1942 description par Dr Harry Klinefelter 1956 Dr Bradbury présence corpuscule de Barr 1958 Dr Polani montre 2 chrom.x 1959 Drs Jacobs et Strong établissent la formule 47,XXY Corpuscule de Barr Hong et al PNAS 2001

Syndrome de Klinefelter (suite) Signes cliniques apparaissent à la puberté Atrophie testiculaire Gynécomastie Azoospermie Anomalie homogène dans 85% Autre cas : mosaïque

Hybridation in situ en fluorescence, FISH nucléotide complémentarité de séquences est due aux bases azotées Adénine Thymine Guanine Cytosine

Appariement assuré par les liaisons hydrogènes 3 liaisons entre C et G 2 liaisons entre A et T

Hybridation Reformer des liaisons hydrogène Dans des conditions physico-chimique précises Le brin d ADN dont la séquence est connue = sonde Le brin d ADN que l on souhaite caractériser = cible

sonde cible Dénaturation Hybridation Détection Lavages Observation

Dépistage par FISH d une trisomie 21 Rouge sonde spécifique du chromosome 21 Vert sonde spécifique du chromosome 13 utilisée comme contrôle

Dépistage par FISH d une translocation à l aide de sondes situées de part et d autre du point de cassure noyau d une cellule normale noyau d une cellule transloquée chromosomes normaux chromosomes transloqués

Dépistage par FISH d une translocation à l aide de sondes situées de part et d autre du point de cassure Chromosome non transloqué Chromosomes transloqués Chromosome non transloqué

Hybridation in situ en fluorescence, FISH FISH plus sensible que le caryotype Visualisation des anomalies suspectées