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La Lettre du Gynécologue - n° 311 - avril 2006
n reproduction humaine, les anomalies chromoso-
miques représentent la cause la plus importante de
pertes fœtales, elles sont responsables de la moitié des
avortements spontanés survenus au-delà de la huitième semaine de
grossesse. En effet, 5% des mort-nés ont un caryotype anormal et
0,5% des nouveau-nés sont porteurs d’aberrations chromoso-
miques (1). Une anomalie chromosomique peut être la consé-
quence d’une méiose anormale. Les associations de type multiva-
lent en métaphase I, les disjonctions non équilibrées de
chromosomes en anaphase, la présence de chromosomes retarda-
taires ou situés en dehors de la plaque métaphasique sont les prin-
cipales anomalies méiotiques qui sont à l’origine de gamètes anor-
maux et d’embryons aneuploïdes.
Pour comprendre la physiopathologie, il est utile d’étudier le
génome des gamètes, des embryons précoces et des produits
d’avortement. Grâce à l’application des techniques de cytogéné-
tique et de biologie moléculaire, il est aujourd’hui possible d’ana-
lyser le statut chromosomique et génique des gamètes et de
l’embryon pré- et postimplantatoire afin de comprendre la contri-
bution des désordres génétiques à la genèse de conceptus anormal
et à l’échec de développement embryonnaire (2, 3).
ANOMALIES CHROMOSOMIQUES DE L’OVOCYTE
L’analyse cytogénétique de l’ovocyte permet un contrôle direct de
la reprise de la méiose et de la maturité nucléaire. Dans les tech-
niques d’aide médicale à la procréation, l’appréciation de la matu-
rité des ovocytes est fondée sur l’observation microscopique du
complexe cumulo-ovocytaire et donne lieu à une classification
codifiée des ovocytes recueillis (4). La présence du premier glo-
bule polaire est le seul critère cytologique direct du degré de matu-
rité nucléaire. L’étude cytogénétique est, quant à elle, fondée sur
l’observation et l’identification de métaphases de première et
deuxième divisions méiotiques permettant une détermination pré-
cise du degré de maturité nucléaire de l’ovocyte. Pour ce faire,
l’aspect morphologique des chromosomes (ou chromatides) est un
facteur essentiel qui s’appuie sur des données ultrastructurales pré-
cises. Ainsi au stade de la métaphase II, les chromosomes présen-
tent un aspect particulier très étalé dû à l’amorce de la séparation
des chromatides sœurs (méta-anaphase) (5). L’observation de deux
lots haploïdes dans le cytoplasme d’ovocytes, cytologiquement
considérés comme immatures, peut s’expliquer par la non-expul-
sion du premier globule polaire. Ce type d’observation a égale-
ment été rapporté par Plachot (4). La formation et l’expulsion du
premier globule polaire sont un processus cytologique dans lequel
les éléments du cytosquelette jouent un rôle essentiel (6). L’utilisa-
tion de drogues spécifiques telles que le nocodazole et la cytocha-
lasine D sur des ovocytes de souris a montré que l’extrusion du
globule polaire nécessite un réseau de microfilaments fonctionnels,
et que les chromosomes sont capables de modifier l’organisation
du cytosquelette dans leur environnement, cela afin de permettre la
division inégale qui donne lieu à l’expulsion du globule polaire (7,
8). Une déficience de ce mécanisme intracellulaire pourrait être
responsable de la non-expulsion du premier globule polaire et de
l’arrêt de la maturation nucléaire. Une autre alternative, compatible
avec l’observation de deux lots chromosomiques, consiste en la
fécondation d’un ovocyte bloqué en métaphase II par un spermato-
zoïde qui subit une activation sous l’action de facteurs de décon-
densation ovocytaire (9), mais celle-ci s’opère sans phase S préa-
lable, d’où l’observation de chromatides simples à l’intérieur de
l’œuf. Ainsi la fréquence de ce phénomène a été estimée à 3 ou
4 % dans le cadre de la fécondation in vitro. Il faut souligner que
l’identification des chromosomes d’ovocytes est beaucoup plus
difficile que celle des chromosomes mitotiques ou de spermato-
zoïdes. La forte condensation des chromosomes d’ovocytes ne per-
met pas d’obtenir un marquage très précis. Cependant, l’utilisation
systématique d’une technique de dénaturation telle que les bandes
R ou G facilite, dans la plupart des cas, la réalisation du caryotype.
L’hypohaploïdie représente l’anomalie la plus fréquente. Cet excès
d’hypohaploïdie est une donnée rapportée dans toutes les études
cytogénétiques des ovocytes (10, 11). Kuliev (12) a émis l’hypo-
thèse que le mécanisme d’expulsion du globule polaire pourrait
favoriser la perte chromosomique lors de l’analyse. La
majeure partie des informations concernant la méiose féminine
est issue d’enquêtes épidémiologiques. Des études aussi diver-
sifiées que celles portant sur les trisomies dans les avortements
spontanés, les nouveau-nés porteurs de trisomies ou encore les
porteurs de translocations robertsoniennes de novo ont montré
De l’ovocyte à l’avortement précoce : anomalies
chromosomiques et échec de développement embryonnaire
E
●M. Benkhalifa (1, 2), P. Clément (2), F. Pellestor (3), G. Tachdjian (4), D. Caserta (5), A. Demirol (6), E. Balashova (7), T. Gurgan (6)
From oocyte to early abortion: chromosomes abnormalities and embryo
development failure
1. ATL R&D. Reproductive Biology & Genetics Laboratory, 4, rue Louis-
Lormand, ZA de l’Agiot, 78320 La Verrière.
2. Département de cytogénétique, laboratoire de biologie clinique Clément, 8,
rue Henri-Barbusse, 93150 Le Blanc-Mesnil.
3. IGH, CNRS UPR 1142, 34000 Montpellier.
4. Hôpital Antoine-Béclère, 157, rue Porte-de-Trivaux, 92140 Clamart.
5. Saint Andreas Hospital, IVF Department, Rome.
6. Women’s Health Clinic, Ankara, Turquie.
7. National Medical Surgery Center, IVF Department, Moscou.
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que la majorité des anomalies chromosomiques est d’origine
maternelle et résultent de non-disjonctions de première division
méiotique. D’où l’idée préconçue de trouver une fréquence élevée
d’aneuploïdies dans les gamètes femelles bien que la fréquence
globale d’aneuploïdies puisse être sous-estimée, puisque l’étude
des ovocytes II ne permet pas de comptabiliser les éventuelles non-
disjonctions de deuxième division méiotique. Les estimations de la
fréquence d’aneuploïdies dans l’ovocyte humain varient de 15 à 55
% en fonction des travaux et des séries (12). En moyenne, cette
valeur est élevée en comparaison des taux observés dans les ovo-
cytes des autres espèces mammifères (de 1 à 10%) (13) ou encore
dans le spermatozoïde humain (10-15%). La plupart des anomalies
rapportées dans la littérature sont létales (disomies doubles ou
triples, nullosomies simples et multiples) et sont généralement
retrouvées dans les produits d’avortements. Mais les études réali-
sées sur les embryons humains préimplantatoires et les ovocytes
multipronucléés (4) ont montré que des conceptus monosomiques,
voire haploïdes, pouvaient présenter un développement embryon-
naire similaire à celui des embryons chromosomiquement nor-
maux. Toutefois, on peut se poser la question de savoir si les don-
nées obtenues in vivo sont représentatives du mécanisme de
non-disjonction in vitro. Tout d’abord, les ovocytes analysés sont
issus de techniques d’AMP, c’est-à-dire recueillis chez des
femmes ayant subi un traitement hormonal de superovulation ; or,
ces hormones pourraient être suspectées d’augmenter le taux
d’anomalies chromosomiques. Outre la question de l’induction
hormonale, on peut soupçonner le vieillissement de l’ovocyte au
cours de la culture in vitro d’être responsable d’une surestimation
du taux d’anomalies chromosomiques. Le délai entre le moment
de la ponction folliculaire et l’analyse cytogénétique n’excède pas
72 heures. Ortiz et al. (14) ont vérifié que la majorité des ovocytes
recueillis est encore intacte in vitro 72 heures après l’ovulation. Le
fuseau de division des ovocytes humains non fécondés reste stable
en milieu de culture durant 2 à 3 jours (15) ; des modifications
spontanées de sa structure ne peuvent donc pas être à l’origine
d’aneuploïdies. Des études sur la synthèse protéique dans les ovo-
cytes humains non fécondés in vitro ont démontré que la composi-
tion protéique reste inchangée pour des temps de culture allant de
12 à 52 heures, confirmant ainsi l’intégralité métabolique des ovo-
cytes maintenus en culture. L’analyse des prédivisions équilibrées
des bivalents dans le premier globule polaire a mis en évidence un
pourcentage de 6% dans les globules polaires frais contre 35 %
dans les œufs analysés après une culture in vivo de 24 à 48 heures
(16). Parmi les ovocytes en métaphase II, 20% ont montré des
chromosomes paternels prématurément condensés (PCC) sous
forme de simples chromatides. Les chromosomes du spermato-
zoïde seraient condensés avant la duplication à cause d’une activa-
tion prématurée liée aux facteurs ovocytaires impliqués dans la
condensation. Le taux élevé de PCC concourt à une réévaluation
des critères de maturation des ovocytes et de la fécondation (2).
L’effet de l’âge maternel sur la fécondité et sur la survenue d’ano-
malies chromosomiques est un problème complexe. Il est claire-
ment établi qu’à la naissance, les trisomies sont plus fréquentes
chez les femmes âgées. La fréquence des avortements spontanés
est aussi directement corrélée avec l’âge maternel. Ainsi Pellestor
et al. (11) ont mis en évidence une corrélation positive très nette
entre le vieillissement maternel après 35 ans et la fréquence des tri-
somies dans les produits d’avortements spontanés. L’effet de l’âge
maternel apparaît comme inversement proportionnel à la taille des
chromosomes surnuméraires (17), mais la prédominance de cer-
taines trisomies, comme la trisomie 16 dans les avortements spon-
tanés, indique que la formation de ces aberrations fait intervenir
d’autres facteurs indépendants de l’âge. Étant donné que la
majeure partie des trisomies autosomiques a pour origine une non-
disjonction de première division méiotique, il a été recherché une
étiologie pouvant rendre compte du rapport existant entre l’âge
maternel et l’aneuploïdie. Une première hypothèse suggère que les
chromosomes peuvent se séparer (désynapsis) au cours de la phase
diplotène de la première division méiotique. Ce phénomène serait
d’autant plus probable que la durée de la phase diplotène est
longue ; d’où une augmentation logique de la fréquence des non-
disjonctions chez les femmes âgées. D’autres auteurs ont vu, dans
cette dépendance des trisomies à l’âge maternel, la conséquence
d’un épiphénomène de vieillissement du système de reproduction
dans son ensemble. L’hypothèse la plus crédible est représentée
par la théorie “de la ligne de production” proposée par Henderson
et Edwards en 1968 (18). D’après ce modèle, la probabilité d’asy-
napsis des chromosomes homologues est d’autant plus élevée que
les ovocytes sont formés tardivement dans l’ovaire fœtal. La
reprise de la croissance folliculaire durant la vie adulte s’effectue-
rait dans le même ordre que la formation embryonnaire des folli-
cules, et ainsi les ovocytes anormaux seraient produits en plus
grand nombre à l’approche de la ménopause. Cette hypothèse est
fondée sur l’observation, dans les ovocytes de souris âgées, d’une
diminution de la fréquence des chiasmas et d’une augmentation du
nombre des univalents. Ce phénomène a été confirmé par d’autres
travaux, mais certaines expérimentations indiquent que les chro-
mosomes formant les univalents ne sont pas systématiquement
ceux impliqués dans les trisomies. Ces résultats sont donc a priori
en désaccord avec l’existence d’une corrélation entre l’âge mater-
nel et les non-disjonctions méiotiques. En revanche, ils fournissent
un argument en faveur de l’hypothèse selon laquelle le rapport
observé entre le vieillissement maternel et l’aneuploïdie pourrait
être la conséquence d’une diminution de l’efficacité des méca-
nismes de sélection in utero vis-à-vis des conceptus anormaux. Il y
a donc encore des arguments contradictoires sur l’effet âge par rap-
port à la disjonction chromosomique et la séparation des chroma-
tides sœurs. Lim et al. (19) et Nakaoka et al. (20) n’observent pas
de corrélations entre les taux d’aneuploïdies et l’âge maternel. En
revanche, Angell (21) et Pellestor et al. (11) notent une corrélation
directe et significative entre les deux paramètres.
ANOMALIES DU ZYGOTE ET DE L’EMBRYON
PRÉ- ET POSTIMPLANTATOIRE
L’étude de 385 zygotes bloqués a montré 155 cas présentant des
lots de chromosomes haploïdes condensés en simples chromatides,
149 avec une asynchronie de décondensation nucléaire et de
l’ADN pulvérisé et 81 arrêtés à différents stades de la première
division somatique dont le tiers avec des anomalies chromoso-
miques (2). À partir de ces données et de celles décrites précédem-
ment (10), il paraît clair que les anomalies cytogénétiques peuvent
contribuer à la formation d’un embryon anormal à cause d’une
parthénogenèse, d’une immaturité cytoplasmique, de divisions
asynchrones ou de non-disjonction après fécondation conduisant
ainsi à un échec de développement embryonnaire. L’asynchro-

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nisme nucléaire et l’ADN pulvérisé ou fragmenté détecté dans les
zygotes bloqués pourraient être associés aussi à la fragmentation
embryonnaire. Il est possible que le facteur de condensation reste
actif à partir de la métaphase I, jusqu’aux stades zygote ou
embryon précoce. Ces observations nous orientent vers une
réflexion sur la maturation cytoplasmique et nucléaire ainsi que
leurs relations avec les anomalies chromosomiques. D’après
l’expérience du DPI, pour les embryons aptes à la biopsie, il est
admis que 40 à 50% présenteront des anomalies chromosomiques.
Dans les embryons bloqués, la polyploïdie représente l’anomalie
chromosomique majeure (43%), suivie par l’aneuploïdie. L’ori-
gine de cette polyploïdie n’est probablement pas due à une fécon-
dation polyspermique, car seuls deux pronoyaux ont été observés
après l’insémination.
Au stade préimplantatoire, un grand nombre d’embryons présen-
tent des mosaïques et des mixoploïdies (présence de cellules à sta-
tut chromosomique différent au sein d’un même embryon) (22,
23). La qualité ainsi que le potentiel de développement embryon-
naire peuvent varier en relation avec le degré du désordre géno-
mique, la morphologie, la fragmentation embryonnaire et l’inté-
grité nucléaire. Il a été suggéré que l’apparition de fragmentation
de l’ADN au stade préimplantation puisse être associée à une
apoptose qui peut causer la perte de blastomères ou la mort de
l’embryon en totalité. Les résultats d’analyse d’embryons à J2 ou à
J3 montrent que le taux d’aneuploïdie en mosaïque augmente
considérablement avec la dysmorphie embryonnaire (24). Les
embryons avec un retard de segmentation et/ou dysmorphiques
(fragmentés) présentent des anomalies chromosomiques dans 57%
des cas. L’anomalie la plus fréquente est l’aneuploïdie suivie de
mosaïcisme (22%) et de polyploïdie (13%).
L’étendue de la mixoploïdie dans les morula et les blastocystes est
estimée à 29,6%. Indépendamment des sondes utilisées, aucune
différence statistique n’a été observée dans la proportion des cel-
lules mixoploïdes, des morula (30,8%) et des blastocystes (29,3%)
(22). Cette mixoploïdie apparaît de manière précoce lors du déve-
loppement préimplantatoire de l’embryon et parallèlement à
l’aneuploïdie. La présence de cellules polynucléées dans les blasto-
cystes humains a été décrite par Winston et al. (25). L’étude du
blastocyste par microscopie électronique à balayage confirme les
variations de taille des noyaux montrant la présence de noyaux
géants dans le trophectoderme. Iwasaki et al. (26) ont étudié l’inci-
dence des aberrations chromosomiques dans les blastocystes des
bovins fécondés in vitro. Ils ont observé un mosaïcisme cellulaire
2n/4n et une localisation de la polyploïdie au niveau des cellules
du trophectoderme plutôt que dans la masse cellulaire interne. Les
données recueillies, in vivo et in vitro, à partir des blastocystes de
différentes espèces, suggèrent que la mixoploïdie serait une carac-
téristique commune et banale plutôt qu’une anomalie liée aux
conditions de culture. La signification physiologique et biologique
de la mixoploïdie reste à élucider. Les cellules 4n et 8n observées
dans les morula compactées et les blastocystes humains peuvent
résulter d’un premier cycle endoduplication des cellules diploïdes
donnant ainsi des cellules tétraploïdes, suivi par un second cycle
d’endoduplication pour produire des cellules octaploïdes. Ce pro-
cessus a été décrit par Barlow et Sherman (27) et Bower (28) dans
le trophoblaste de souris ; il semble que les blastomères de type 4n
et 8n dans la morula et le blastocyste soient vraisemblablement
polyploïdes et non polyténiques (29). Ces cellules pourraient résul-
ter de divisions nucléaires sans cytocinèse, phénomène permettant
le passage de 2n à 4n puis à 8n (30), incluant la formation des cel-
lules binucléees. Enfin, la polyploïdie cellulaire pourrait résulter de
la fusion cellulaire.
Au stade postimplantatoire, la majorité des avortements spontanés
survient entre 7 et 9 semaines de gestation pour différentes causes
telles que :
– une aneuploïdie ou diploïdie de novo ;
– un remaniement deséquilibré de novo ;
– une malségrégation chromosomique d’origine parentale (parent
porteur d’un remaniement chromosomique équilibré). Ce type de
désordre chromosomique peut affecter le dévelopement placentaire
et aboutir à un avortement précoce (31). Dans une étude rétrospec-
tive, nous avons analysé 26 cas d’avortements précoces avant 10
semaines de gestation et après transfert d’embryons obtenus par
AMP, et pour lesquels la culture pour caryotype classique a
échoué. L’étude a été réalisée par hybridation génomique compa-
rative (CGH) sur une puce à ADN d’un mégabase (3). Sur les 26
produits d’avortement, 15 (57,7%) ont montré des anomalies chro-
mosomiques de structure et de nombre. Ces résultats sont en
concordance avec l’observation de Fritz et al. (32) qui ont analysé
des produits de fausses couches par CGH et cytogénétique clas-
sique et qui ont conclu avec un pourcentage de 72% d’anomalies
chromosomiques, essentiellement des trisomies.
CONCLUSION
Il est clair que des anomalies chromosomiques pré- et post-zygo-
tiques jouent un rôle important dans le processus de développe-
ment embryonnaire entraînant des échecs de tentative d’AMP et
des avortements précoces. Il est certain qu’un travail de recherche
important reste à réaliser afin de comprendre les interactions entre
des facteurs géniques et épigéniques et leurs contributions en
pathologie de la reproduction. ■
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