Pathologies chromosomiques, anomalie du nombre et de la structure

UE7 Génétique
Dr B. Doray
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Date : 08/02/16
Plage horaire : 8h30 –10h30
Ronéistes : DELAFONT Fany
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VAN LEYNSEELE Jérémy
Enseignant : B. Doray
Pathologies chromosomiques :
Anomalies du nombre et de la structure des chromosomes
I. Introduction
A.Les pathologies génétiques
B.Historique
C.Techniques
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II. Les anomalies chromosomiques de nombre
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A.Les euploïdies
1)Euploïdies homogènes
2)Euploïdies en mosaïques
B.Les aneuploïdies
1)Aneuploïdies homogènes
2)Aneuploïdies en mosaïque
III.Les anomalies chromosomiques de structure
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A.Les anomalies déséquilibrées de la structure des
chromosomes
B.Les réarrangements touchant un seul chromosome
C. Les réarrangements touchant plusieurs chromosomes
I. Introduction
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A. Les pathologies génétiques
Les pathologies génétiques sont séparées en deux ordres :
• Les pathologies géniques, touchant les gènes. Elles sont monofactorielles
mendélienne, exemple : autosomique dominante ou récessive, liée à l’X dominante ou
récessive ou mitochondriale d’une part, et plurifactorielles d’autre part. Ces
pathologies sont étudiées par une analyse des gènes, à la recherche de possibles
mutations. Exemple : myopathie de Duchenne.
• Les pathologies chromosomiques affectant les chromosomes, leur nombre et leur
structure. Ces pathologies peuvent être liées à l’environnement dans ce cas elles seront
plurifactorielles. La réalisation d’un caryotype est le moyen d’étude de ces
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pathologies. Exemple : trisomie 21.
B. Historique
Tjio et Levan en 1956 réalisèrent le premier caryotype humain à 46 chromosomes à partir
de fibroblastes en culture. Gauthier, Turpin et Lejeune, en 1959, découvrirent pour la
première fois une anomalie chromosomique humaine. Cette anomalie est la trisomie 21 ou
syndrome de Down.
Les cultures de lymphocytes sanguins permirent l’analyse chromosomique en routine.
Les premiers dépistages néonataux des anomalies chromosomiques eurent lieu en 1966 par
amniocentèse, prélèvement de cellules trophoblastique ou sanguine.
Caspersson en 1971 mit au point des techniques de dénaturation des chromosomes donnant
les bandes chromosomiques.
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Les sites fragiles furent découverts par Sutherland en 1977. Ce sont des sites de plus grandes
fragilités dans les chromosomes. Exemple : syndrome de l’X fragile, maladie génique dans
lequel la fragilité se trouve sur le bras long de ce gonosome. La technique d’étude du
caryotype en haute résolution (550 à 850 bandes) fut mise au point en 1980. Elle permet de
rechercher et d’analyser des plus petites anomalies chromosomiques. Les anomalies
chromosomiques peuvent conduire à :
• Des malformations.
• Une déficience cognitive.
• Des cancers.
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Un caryotype permet l’analyse d’anomalie de 5 à 10 Mb au minimum. La FISH (Fluorescent
In Situ Hybridation) permet quant à elle l’étude maximale d’anomalie de 1 à 3 Mb (analyse
ciblée : on cible une partie d’un chromosome en particulier, pas tous les chromosomes).
La technique de CGH array ou de puce à ADN est plus précise et permet d’analyser des
modifications chromosomiques de l’ordre de 50 à 100 kb.
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C. Technique
La réalisation d’un caryotype nécessite le consentement éclairé du patient ou de son
représentant légal. On effectue un prélèvement de 5 à 10 mL de sang sur de l’héparine
stérile. Le prélèvement devra être accompagné d’informations cliniques du patient, il faudra
préciser l’urgence de la réalisation de cette analyse. Exemple : prénatal, trisomie 21, sexe
(différenciation)…
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Le caryotype « standard » métaphasique
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Le caryotype « standard » métaphasique est l’examen de base pour l’étude des chromosomes.
Son niveau de résolution est d’environ 400 à 550 bandes, pour un niveau de précision de
l’ordre de 5 à 10 Mb. Les indications de cet examen sont larges et non orientées.
La réalisation d’un caryotype « standard » intervient dans le diagnostic :
• De toutes les anomalies de nombre homogènes.
• De la plupart des anomalies de nombre en mosaïque.
• De la plupart des anomalies de structure terminales ou intercalaires (= à l’intérieur du
chromosome).
Exemple : réalisation d’un caryotype métaphasique devant un déficit cognitif, un retard de
croissance, etc…
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Coloration des bandes au Giemsa : 2 types de bandes (attention : nouveau !)
* Bandes “G” après traitement à la trypsine (sombres) => riches en AT, plutôt à l’intérieur des
chromosomes,
* Bandes “R” après traitement à la chaleur (claires) => riches en GC, très représentées au
niveau des gènes => meilleure coloration des télomères (plutôt à l’extrémité des
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chromosomes).
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Figure 1: Caryotype normal, (46, XX).
Les anomalies chromosomiques sont fréquentes, elles induisent des altérations dans
l’embryogénèse et la foetogènese. Les anomalies chromosomiques concernent :
• 20% des ovocytes, cette proportion étant variable avec l’âge maternel (plus il
augmente et plus la proportion d’anomalies chromosomiques au sein des ovocytes
augmente).
• 10% des spermatozoïdes.
• 30% des conceptions.
• 50% des embryons à J3, les modifications à ce stade se traduisent principalement par
un mosaïcisme.
• 10% des fœtus du premier trimestre.
Durant le premier trimestre, il y aura de nombreuses modifications chromosomiques, il aura
une proportion plus importante de fausses couches lors de cette période. Du fait d’une
régulation drastique des anomalies 0,4% des nouveau-nés présenteront une anomalie
déséquilibrée. Cette proportion est variable en fonction de la résolution de la méthode
cytogénétique.
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Parmi les anomalies chromosomiques ont décrit deux types d’anomalies :
• Les anomalies de nombre.
• Les anomales de structure.
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I. Les anomalies chromosomiques de nombre
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Les anomalies de nombre sont elles mêmes divisées en deux sous types d’anomalies :
• Les anomalies euploïdes.
• Les anomalies aneuploïdes.
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A.Les euploïdies
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Pour rappel le nombre normal de chromosomes normal est de 46 soit 2N, où N est le nombre
de chromosomes dans un gamète haploïde normal. Les euploïdies sont des anomalies du
nombre de copie de tous les chromosomes.
Exemple : la triploïdie 3N, la tétraploïdie 4N.
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Figure 2: Triploïdie (69, XXX).
Les anomalies euploïdes peuvent être homogènes, touchant toutes les cellules de l’organisme,
ou en mosaïque, affectant un seul contingent de cellules.
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1) Les euploïdies homogènes
Les anomalies euploïdes homogènes sont conséquence d’un événement méiotique ou d’un
événement ayant eu lieu lors de la fécondation. Les anomalies de la méiose touchent
principalement les spermatozoïdes. Ces anomalies, homogènes, concernent toutes les cellules
de l’organisme.
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In vivo, les anomalies euploïdes homogènes peuvent provenir :
• De la fécondation d’un ovocyte par deux spermatozoïdes haploïdes ou de la
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fécondation d’un ovocyte par un spermatozoïde diploïde.
• D’une non-expulsion du deuxième globule polaire.
Cas de la triploïdie
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Les triploïdies provoquent dans la majorité des cas des fausse-couches précoces. On
observera un retard de croissance intra-utérin non harmonieux associé à des anomalies
cérébrales et cardiaques. Au niveau des extrémités, des syndactylies pourront être observées.
Dans ce cas le placenta sera aussi triploïde, conduisant à des altérations de ses fonctions, dont
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des problèmes de nutrition du fœtus et des atteintes du développement.
•
Syndactylie : malformation congénitale caractérisée par l'accolement
et une fusion plus ou moins complète de deux ou plusieurs doigts
aux orteils entre eux. La fusion peut se situer au niveau de la peau
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ou simultanément des os et de la peau. (Wikipédia)
2) Les euploïdies en mosaïque
Les anomalies euploïdes en mosaïque proviennent d’un événement mitotique. Les anomalies en
mosaïque concernent une partie des cellules. Il faut donc au moins deux populations cellulaires
de caryotypes différents chez un individu issu d’un seul zygote. Le zygote initial est triploïde,
mais une perte secondaire au niveau d’un lot haploïde a eu lieu lors d'une anaphase.
Les euploïdies en mosaïques peuvent entrainer des fausse-couches, un décès fœtal. Mais elles
peuvent aussi être viables si la proportion entre cellules euploïdes et cellules diploïdes le
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permet.
Figure 3: Triploïdie en mosaïque (69, XXX/46, XX)
Les signes liés à une euploïdie en mosaïque sont variables. Pourront être observés : une
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dysmorphie, un déficit cognitif, des anomalies de la pigmentation, une syndactylie etc.
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2 types de triploïdie
Digynie : n pat +2n mat => 69,XXX ou 69,XXY
Diandrie : n mat + 2n pat => 69,XXY ou 69,XYY
Le phénotype est variable selon l’origine maternelle ou paternelle du lot supplémentaire.
Digynie :
- Fécondation d’un ovule diploïde 2n par un spz n,
- Fécondation d’un ovule n’ayant retenu son globule polaire n par un spz n.
Retard de croissance sévère; placenta hypotrophique.
Diandrie :
- Fécondation d’un ovule n par deux spz n,
- Plus rarement : fécondation d’un ovule n par un spz 2n.
Placenta hypertrophique et multikystique
!Rôle du génome paternel dans le développement placentaire.
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B) Les aneuploïdies
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Les aneuploïdies sont des anomalies du nombre de copie d’un chromosome.
Une cellule peut être aneuploïde par :
• L’apparition d’une copie supplémentaire d'un chromosome, on parlera de trisomie
libre. Exemple : les trisomies 21, 18 et 13.
• L’absence d'une copie d’un chromosome, cas des monosomies libres. Exemple : le
syndrome de Turner (45, X).
Les aneuploïdies peuvent comme les euploïdies être homogènes ou en mosaïque.
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1) Les aneuploïdies homogènes
Les aneuploïdies homogènes sont la conséquence d’un événement méiotique ayant eu lieu
avant la fécondation. Elles proviennent d’une non-disjonction, pouvant avoir lieu :
•
Au niveau des chromosomes homologues, c'est-à-dire lors de la 1
•
méiotique.
ème
Au niveau des chromatides, c'est-à-dire lors de la 2 division méiotique.
ère
division
L’aneuploïdie homogène va concerner toutes les cellules de l’organisme. L’âge maternel
apparait comme étant la principale cause d’aneuploïdie homogène.
Exemple : les trisomies homogènes viables :
• Le syndrome de Down : 47, XX, +21.
• La trisomie 18 : 47, XY, +18.
• La trisomie 13 : 47, XX, +13.
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2) Les aneuploïdies en mosaïque
Les aneuploïdies en mosaïque découlent d’un événement mitotique, ayant eu lieu après la
fécondation. L’aneuploïdie en mosaïque concerne uniquement une partie des cellules. De ce
fait on devra retrouver au moins deux populations cellulaires de caryotypes différents chez un
individu issu d’un seul zygote.
Exemples :
• 46, XX / 47, XX, +21
•
46, XX/47, XX, +8
Le zygote initial est le plus souvent trisomique, une perte secondaire du surnuméraire aura
lieu lors d'une anaphase. Mais le zygote initial peut aussi être normal, dans ce cas il y aura eu
une non-disjonction mitotique induisant la trisomie dans une population cellulaire.
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Figure 4: Trisomie en mosaïque (47,XX,+8/46,XX)
La répartition tissulaire des clones normaux et anormaux est aléatoire. Quelquefois un clone
pourra être absent de certains tissus. Ceci explique que des trisomies non viables lorsqu’elles
sont homogènes peuvent l’être dans un état en mosaïque. Exemple : la trisomie 8 en
mosaïque. Les aneuploïdies en mosaïque présentent des difficultés :
•
De diagnostic du fait de nombreuses mitoses et de leur présence au sein de plusieurs
•
tissus.
De pronostic dû à la présence de phénotype variable et d’une corrélation génotypephénotype qui est difficile.
Certains facteurs influencent les conséquences phénotypiques, ces facteurs sont :
• Le pourcentage de cellules anormales.
• La distribution tissulaire des cellules anormales.
• Le moment de survenue de l’anomalie.
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Il n’y a pas de relation directe entre les pourcentages tissulaires apparents et la gravité du
phénotype. De ce fait, il faudra faire attention au pronostic en diagnostic prénatal.
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III. Les anomalies chromosomiques de structure
(La prof n'ira pas dans les détails pour les QCMs de cette partie)
Ces anomalies débutent toujours par une cassure que les chromosomes vont tenter de réparer,
mais de façon anormale : ce qui engendra des translocations, des pertes de matériel etc. Cela
peut toucher n'importe quel chromosome, mais certains cassent plus fréquemment.
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On estime que les anomalies de structure présentent une fréquence globale de 1/500 à 1/600.
Soit un couple sur 250-300.
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Les anomalies de structure les plus fréquentes sont les translocations équilibrées. Environ
1couple /300. Cependant, une anomalie de structure équilibrée peut entrainer l’apparition d’une
anomalie de structure déséquilibrée chez la descendance. Elles impliquent le plus souvent 2
chromosomes, mais parfois des anomalies plus complexes.
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On lance un dépistage (caryotype) de ce type d’anomalies dans les cas suivants :
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- Enfant avec déficience mentale +/- syndrome polymalformatif ,
- Avortements à répétition,
- Hypofertilité ou stérilité masculine.
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Ce phénomène se produit de manière aléatoire le plus souvent, mais il existe des régions où elles
se produisent de manière préférentielles.
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• Anomalies déséquilibrées : perte ou gain de matériel chromosomique ➔ phénotype
anormal.
• Anomalies équilibrées : ni gain ni perte de matériel chromosomique mais anomalie de la
configuration d'un ou plusieurs chromosomes ➔ phénotyme normal : "remaniement
chromosomique".
A) Les anomalies déséquilibrées de la structure des chromosomes
Ces anomalies déséquilibrées sont le plus souvent homogènes, dues à des délétions ou micro
délétions ou à des duplications. Mais elles peuvent aussi être en mosaïque, dans ce cas elles
proviennent de l’apparition d’anneaux ou d’isochromosomes. Ce sont ces cas où l'on aura des
cas de retards mentaux ou de fausses couches à répétitions.
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B) Les réarrangements touchant un seul chromosome
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On retrouve:
• délétions (del),
• inversions (inv),
• duplications (dup),
• isochromosomes (i)
• anneau (r pour ring).
Entre parenthèse c'est la nomenclature pour les caryotypes.
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a) Les délétions
Une délétion est une perte d’un fragment de chromosome, c’est une anomalie qui est toujours
déséquilibrée ➔ monosomie partielle. Les délétions peuvent être :
• Intercalaires (ou interstitielle) : dans ce cas la perte concerne un fragment intermédiaire.
Il y aura 2 points de cassure.
• Terminale : perte de l'extrémité d’un bras chromosomique. Il y aura un point de cassure.
La cellule va recréer un néotélomère pour la stabilité du chromosome.
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Ces anomalies sont le plus souvent de novo (elles apparaissent chez un enfant, au niveau d'un
spermatozoïde ou d'un ovule parental).
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del(7)(p14p21)
del(12)(q24.3qter)
Exemple d'une délétion du krô 12 : lors
d'une grossesse, le caryotype sur
liquide amniotique était normal, mais
une petite fille est née avec une atrésie
de l'oesophage, du rein, un retard
mental, et est décédée à 2 ans sur
péritonite. Ces anomalies ont poussé
les médecins à refaire un caryotype sur
sang et cela a permis de trouver la
petite délétion sur le krô 12.
C'est très important de déterminer
l’anomalie car les parents ne voulaient
plus d'enfant et cette anomalie qui s'est
produite de novo avait très peu de
chance de se reproduire, ce qui a
rassuré les parents qui ont désormais 3
enfants. :)
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b) Les duplications
La duplication est une anomalie caractérisée par la présence en double exemplaire d’une région
chromosomique. C’est une anomalie toujours déséquilibrée. Le plus souvent de novo.
Les duplications sont de deux types :
• La duplication en tandem ou directe, le fragment transloqué a la même orientation que
le fragment d’origine.
• La duplication en miroir ou inversée, le fragment transloqué aura une orientation
inversée par rapport au fragment d’origine.
Nomenclature :
dup(2)(p14Q23)
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c) Les anneaux
Un anneau chromosomique correspond à un chromosome de forme circulaire. La perte des
télomères rend le chromosome instable. Si la perte de matériel est trop importante, la synthèse
de néo-télomère - moyen de stabilité - n’est plus possible. La formation d’un anneau permet
l’apport d’une stabilité pour le chromosome. La cassure a lieu sur chacun des deux bras du
chromosome, suivie d’une fusion des extrémités libres du bras court et du bras long.
Lors de la formation d’un anneau, il y a perte des deux fragments distaux, c’est une anomalie
toujours déséquilibrée. La forme anneau d’un chromosome confère une instabilité mitotique à
ce dernier. Cette instabilité conduit l’expression possible de plusieurs conformations des
anneaux. Cette instabilité limite les phases mitotiques.
Patient qui avait un
anneau au niveau du krô
15, entrainant juste une
infertilité.
On retrouve plusieurs
formes d'anneaux, les
grands
anneaux
représentent deux anneaux
qui ont fusionné ensemble.
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d) Les isochromosomes
Le chromosome anormal est formé de deux bras longs ou de deux bras courts d’un même
chromosome avec perte de l’autre bras. Les isochromosomes peuvent être :
• Monocentrique, possédant un centromère.
• Dicentrique, possédant deux centromères.
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Les isochromosomes sont des anomalies chromosomiques déséquilibrées.
Nomenclature ISCN : i(X)(p10) ou i(X)(q10) (cette nomenclature n’est pas à connaitre).
Isochromosome
monocentrique.
Isochromosome
dicentrique.
46, Xiso(Xq)
Petite fille avec un syndrome
de Turner : on dirait un
caryotype normal avec 2 krô
X, mais les 2 bras du deuxième
krô X sont identiques. Ce sont
les deux bras longs, il y a eu
perte du bras court.
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Iso(5p) surnuméraire !
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Isochromosome dicentrique.
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Bandes C idic(9p)
e) Les inversions
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Une inversion résulte de la cassure d'un fragment de chromosome, suivie d'une rotation de 180°
de ce même fragment, puis de sa réintégration dans le même chromosome. Elles peuvent être :
• Péricentrique : le fragment concerné par l’inversion contient le centromère, avec pour
conséquence une modification de l’indice centromèrique du chromosome.
Il se passe 2 cassures de part et d'autre du
centromère. Recollement en s'inversant.
Le souci c'est au moment de la méïose, les
deux krô doivent s'accoler, donc faire une
espèce de boucle pour accoler les mêmes
parties ensemble; c’est la boucle d'inversion.
Cela ne pose pas de problème s'il n'y a pas
de crossing-over.
Le vrai problème c'est s'il se passe un
crossing-over à l'intérieur de la boucle. Que
ce soit pour les inversions péri ou
paracentriques, on aura des déséquilibres
importants, donc des gamètes déséquilibrés.
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• Paracentrique : le fragment concerné par l’inversion ne contient pas le centromère.
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Les inversions.
Péricentriques.
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•
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Paracentriques.
Hommes infertiles : fréquence doublée, la
stérilité est rare.
Le risque de recombinaison anormale non
létale est de 5 % en moyenne.
Facteurs d'augmentation du risque :
- 0 % si le déséquilibre est supérieur
au seuil de viabilité.
- Jusqu'à 10% si la boucle
d'inversion est grande et les
segments inversés petits.
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•
•
•
Innocuité pour la descendance.
Le retentissement sur la fertilité
est faible.
Les déséquilibres sont très
grossiers avec une élimination
précoce avant implantation
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C) Les réarrangements touchant plusieurs chromosomes
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Les translocations sont de deux types : réciproques ou roberstonienne. Ceci en fonction des
chromosomes affectés par la modification.
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a) Les translocations réciproques
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Une translocation correspond à un échange de matériel chromosomique entre 2 chromosomes de
deux paires différentes, c'est-à-dire non homologues. On parlera de translocation déséquilibrée
s’il y a perte ou ajouts de matériel chromosomique. La translocation sera équilibrée s’il n’y a pas
de perte ni d’ajout de matériel chromosomique. Mais attention à la descendance au moment de
la meïose.
La fréquence des translocations est d’1 couple sur 600 (1personne sur 1200).
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Les translocations réciproques peuvent concerner tous les chromosomes.
Translocation (2,15) chez un couple
stérile
46, XY, t(2;15)
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Les translocations réciproques sont responsables d'anomalies de la reproduction (empêchent
le déroulement normal de la mitose : lors de l’appariement, les chromosomes transloqués
forment un tétravalent qui entraîne des difficultés de ségrégation). Elles peuvent être
responsables de :
• stérilité,
• fausses-couches spontanées,
• naissance d'un enfant polymalformé.
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Risque d'avortement spontané ou de déséquilibre viable à la naissance en fonction de la taille
des segments et des chromosomes concernés ➔ élément fondamental du conseil génétique.
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La prof lit la diapo :
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b) Les translocations robertsoniennes
Les translocations robertsoniennes concernent uniquement les chromosomes acrocentriques (13,
14,15, 21 et 22). Les translocations robertsoniennes correspondent à la fusion de deux
chromosomes acrocentriques, fusion qui a lieu sur les bras longs (séquences codantes) avec une
perte des bras courts (hétérochromatine, ADN satellite... Sans conséquence phénotypique).
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A gauche : caryotype d’une mère présentant une translocation 13/14 (45,XX,der(13;14)
(q10;q10). Normalement 45 chromosomes c'est létal, il doit donc y avoir une fusion.
A droite : caryotype de son fils présentant une trisomie 13. 46,XY,+13,der(13;14)(q10;q10)
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Grand nombre de gamètes possibles chez le sujet transloqué équilibré.
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Diapo non traitée
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