Davost Théophile Sauvée Quentin 19/01/2011 Génétique Pr Belaud
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Davost Théophile Sauvée Quentin 19/01/2011 Génétique Pr Belaud-Rotureau Anomalies du caryotype numériques et structurales I. Interpréter un caryotype. Certaine anomalies peuvent etre mises en évidence en faisant un coryotype, qui montre l'ensemble des chromosomes constitutifs d'un individu. Interpréter un caryotype, c'est répondre à 4 questions: • • • Y a t-il une anomalie du nombre de chromosomes (aneuploïdie), normalement 46? Y a t-il une anomalie de la structure des chromosomes (aneusomie)? L'anomalie de structure / du nombre de chromosomes entraine-t-elle un déséquilibre génomique ? Si il y a un déséquilibre génétique: il y a un mauvais dosage en gènes. La clinique se traduit le plus souvent par des dysmorphies, des malformations viscérales, un retard mental. Un gène peut être couper en deux comme dans la myopathie de Duschenne. Si il n'y a pas de déséquilibre génétique: Il n'y a ni perte, ni gain de gènes, RAS pour le sujet, n'entraine pas de phénotype particulier (problème diagnostic). Mais il y a un risque d'infertilité du sujet (certains gamètes produits ne pourront pas générer d'enfant, il y a avortement précoce à cause de la létalité intra-utérine de l'anomalie). Il y a également un risque de déséquilibre pour la descendance, avec des signes cliniques. • Enfin l'anomalie est-elle homogène ( = dans toutes les cellules ) ou bien en mosaïque ( dans certaines populations cellulaires ) ? II. Anomalies du nombre des chromosomes 1. Anomalie du nombre des autosomes La fréquence est énorme: il y a anomalie pour 50% des œufs, ils ne s'implantent donc pas. Elle est due à une gamétogénèse anormale, une non disjonction méiotique en 1ere ou 2nde division. Ceci est responsable d'environ 1/3 des fausses couches. Ce phénomène est surtout lié à la femme car la méiose reste bloquée longtemps pouvant entrainer un mauvais vieillissement. Lors de la conception, toutes les anomalies peuvent se rencontrer, et la fréquence des monosomies est égale à celle des trisomies. Cependant il y a sélection des anomalies viables ou non par la suite : - AUCUNE monosomie n'est viable ( embryon éliminé avant la naissance ). - Seules les trisomies 13, 18 et 21 sont viables : retard mental, dysmorphies, malformations viscérales. Les 13 et 18 sont néanmoins très graves, avec un phénotype lourd et un décès rapide. Les diagnostics anténatals est très important à faire donc. Avec cette technique on peut trouver des marqueurs, ou petits chromosomes surnuméraires qu'on ne reconnaît pas morphologiquement ( différent des chromosomes normaux, mais on ne sait pas d'où ils viennent ). Ils ont un impact variable en fonction de leur contenu. Si ils sont riches en gènes ( euchromatine ), il y aura un déséquilibre important, et le phénotype. En revanche, si ils sont riches en hétérochromatine le déséquilibre est moins marqué, mais les anomalies peuvent être transmises. On peut identifier ces marqueurs avec : FISH, CGH (puce à ADN).... 47XX+21 47XY+18 47XY+13 2. Anomalies du nombre de gonosomes 1 ) Syndrome de Turner : 45, XO Sa fréquence est de 0,4/1000, l'enfant aura une intelligence normale mais sera stérile + retard de croissance et parfois impubérisme, malformations cardiaques et rénales. 2 ) Syndrome de Klinefelter : 47, XXY Sa fréquence est de 1,5/1000, avec intelligence normale, hypo ou infertilité, possible aspect longiligne ou au contraire obésité gynoïde ( 25%). On fait un FISH (test rapide, 24h) : deux points rouges pour les X et 1 point vert pour Y. 3 ) X surnuméraire : XXX ( sujet normal : chez la femme un des 2 chromosome X est méthylé par l'autre diminuant ainsi l'expression des gènes. Lorsqu'il y a un X surnuméraire, l'organisme est capable d'en méthylé deux, d'où le phénotype normal) , XXXX, XXXXX ( débilité croissante avec le nombre de X... ). 4 ) Y surnuméraire : XYY (sujet normal mais violence ?). III – Anomalies de la structure des chromosomes A – Translocations réciproques diagramme pachytène Il s'agit d'un échange de matériel entre deux chromosomes. Exemple du poly: échange entre les bras longs des chromosomes 6 et 7: t(6;7)(q21;q31). NB : q21 = bras long 2eme région, 1ere bande et q31 = 3eme région, 1ere bande Ici il n'y a pas de déséquilibre donc le phénotype est normal, l'anomalie est donc découverte fortuitement. En revanche, il y a un risque pour la descendance, il faut faire un diagramme du pachytène (étude de la constitution chromosomique des gamètes ayant pour but d'identifier des populations de parents à risque) . Pendant le stade pachytène il y a appariement des séquences homologues formant des quadrivalents méiotiques, c'est à ce moment que des échanges peuvent avoir lieu. Il y a donc ségrégation des quadrivalents (lors de l'anaphase II) pour former les gamètes Il peut y avoir: -Soit une ségrégation alterne (rarement) c'est a dire en diagonale les deux chromosomes normaux migrent ensembles, les deux transloqués font de même, les gamètes résultants seront équilibrés. Le zygote formé sera normal dans tous les cas, et équilibré même s'il est transloqué. Cependant, l'individu « issu » du gamète contenant les chromosomes transloqués sera porteur de l'anomalie et il y aura un risque pour sa descendance. La moitié de la descendance a un génotype normal, l'autre a un génotype comme le parent. -Soit une ségrégation adjacente, un chromosome normal migre avec un transloqué, les gamètes ne sont pas équilibrés, le zygote résultant sera anormal. Trisomie monosomique : pour le gamète 3 par exemple, on a 6q trisomie et 7q monosomie partielle. Si l'anomalie est trop importante, il y a avortement précoce. Les cas graves sont surtout rencontrés lors de trisomies ou de monosomies peu importantes, viables mais avec des syndromes lourds. La translocation réciproque peut avoir lieu sur les chromosomes acrocentriques. Diagramme pachytène Exemple de la translocation 11;22, la plus fréquente des translocations équilibrées dans l'espèce humaine. Au stade pachytène il y aura appariement en quadrivalent et lors de l'anaphase on aura une ségrégation de type 3-1, à l'anaphase, trois chromosomes migrent vers un pôle, un seul vers l'autre pôle ; cela entraîne une trisomie d'un côté et une monosomie de l'autre. 8 types de gamètes résulteront de cette ségrégation (cf poly), le gamète 1 est viable avec des conséquences lourdes. On peut faire le diagnostic de ces trisomies/monosomies en utilisant les techniques d'hybridations à des sondes, ou des sondes de peintures. Avec la FISH, ce n'est pas possible de le faire avec les chromosomes 22 et 14 car ils se croisent. Exemple d'une translocation acrocentrique entre les chromosomes 14 et 21 B – Translocations robertsoniennes. Les translocations robertsoniennes ne concernent que les chromosomes acrocentriques ( 13, 14,15, 21, 22 ). Elle sont fréquentes (1/1000), c'est un marqueur de l'évolution. Il s'agit de cassures juxtacentromériques( perte des bras courts qui ne contiennent que de l'ADN répétitif ) et de fusion centrique ( accole ment au niveau de leurs centromères) : pas de phénotype, risque pour la descendance et caryotype à 45 chromosomes. On a une redondance de gènes codants pour les centres organisateurs nucléolaires sur les bras courts des chromosomes acrocentriques, la translocation sera donc compensée, il n'y aura pas de modification du phénotype, en revanche, il y a un risque d'hypofertilité pour la descendance. diagramme pachytène Ex pour le chromosome 14 et 21 : (cf poly) Il y a ségregation alterne ou adjacente: Le gamète 1 donnera un individu normal. Le gamète 2 donnera un individu normal mais porteur de l'anomalie. Le gamète 3 donnera un individu trisomique 21, viable. Le gamète 4 donnera une monosomie, non viable. Le gamète 5 donnera une trisomie 14, non viable. Le gamète 6 donnera une monosomie 14, non viable. Pour cette translocation, si elle implique le chromosome 21 et si l'anomalie est portée par l'homme il y aura 5% d'enfants trisomiques 21, si l'anomalie est portée par la femme, il y aura 20% d'enfants trisomiques 21. Il existe un effet interchromosomique inconnu qui pourrait expliquer des fréquences de trisomies plus importantes chez certaines familles, à l'inverse, d'autres familles ne sont quasiment pas touchées. (Détection de cette anomalie en diagnostic pré implantatoire). A savoir : rob(13,14) q10q10 (se lit q1-0 et non q dix) = c'est une translocation robertsonienne entre le chromosome 13 et 14 au début du bras long. ( rappel : les bras courts des chromosomes acrocentriques sont identiques ) Empreinte parentale : c’est le fait que certaines régions du génôme ne s’expriment pas de même manière suivant son origine paternelle ou maternelle. Ceci est due à la méthylation des bases qui est différente chez le père et la mère. Cette méthylation est responsable de l’extinction de l’expression de gènes. Dans certains cas l’œuf va pouvoir corriger ces anomalies lui-même : Ex : suppression du chr14 surnuméraire lors d’une trisomie14. Si l’œuf se retrouve avec 2 chr d’origine mater ou 2 d’origine pater après cette suppression, cela va entraîner une sur ou sous expression d’un gène à cause des méthylations. Ceci est une dysomie uniparentale. A l’inverse, l’œuf pourra aussi corriger une monosomie en dupliquant le chr seul => dysomie uniparentale. Ce phénomène touche surtout les chr 14 et 15 (tous les chr ne sont pas soumis a l’empreinte parentale). C – Inversions. Les inversions sont également des remaniements équilibrés (phénotype normal). Mais il existe encore n risque pour la descendance. Elles peuvent être péricentriques, impliquant le centromère; ou paracentriques, impliquant des cassures sur le même bras chromosomique. 1 – Les inversions péricentriques: On considère deux cassures, de part et d'autre du centromère. Après un retournement de 180' et recollement des fragments on a un chromosome inversé. L'individu n'a rien perdu ni rien gagné, c'est donc une anomalie équilibrée. Mais à la prophase de la méiose on a un appariement des chromosomes homologues qui s'accolent sur toute la longueur. Si un des chromosomes de la paire est inversé il fait une boucle pour permettre l'appariement. On se méfie plus des petites inversions, les grandes étant non viables. Lors du crossing-over, il y a échange de morceaux des chromatines ce qui assure le brassage génétique. Dans le cas de chromosome inversé il y a un problème si l'on a un nombre impair de recombinaisons. On obtient un chromosome 4-2-3-4 (pas de segment 1) 1-2-3 -1 (pas de segment 4 ) On a aneusomie de recombinaison ce qui signifie qu'on a des gamètes déséquilibrés avec une nullosomie pour un fragment (ce fragment est absent) et une disomie pour un autre (celui-ci est présent deux fois). Lors de le fécondation, on a un problème pour le zygote : il est déséquilibré. On considère que l'autre parent donne des chromosomes normaux. On a alors (par exemple): 1-2-3-1 + 1-2-3-4,ce zygote présente une monosomie pour le segment 4 et une trisomie pour le segment 1. Deux cas de figure sont alors possibles : -si les segments sont grands (= que l'inversion est proche du centromère) le zygote n'est pas viable, pas de développement avortement spontané -si les segments sont petits (= inversion loin du centromère) : un enfant naîtra avec des anomalies physiques et ou mentales. Maintenant, si on a un nombre pair de recombinaisons, on obtient un chromosome équilibré. Il sera transmis aux gamètes et il n'y aura pas de problème pour l'enfant. 2 – Les inversions paracentriques Sur un même bras chromosomique, il y a inversion de 2 segments, par exemple ici sur le bras long : Il y a aussi formation d'une boucle lors de l'appariement. Après crossing over on obtient des chromosomes déséquilibrés, soit acentriques ( sans centromère ) soit dicentriques ( 2 centromères ). Celui acentrique ne sera pas stable en division. D – Délétions. Elles sont terminales ou intercalaires. Peuvent être héritées mais sont de novo dans 85% des cas. Si on a une cassure chromosomique avec perte su segment distal, il s'agit d'une délétion terminale. Si on a deux cassures chromosomiques avec perte du segment intercalaire, il s'agit d'une délétion intercalaire (ou interstitielle). Les microdélétions sont détectées par la méthode FISH (cf poly), le syndrome de DiGeorge ( agénesie thymique et retard mental plus ou moins important) est un exemple de microdélétion interstitielle. Nomenclature : del(22)(q11.2 q11.2) 46XX Délétion terminale : Délétion intercalaire : Diagnostic : on réalise des examens sur plusieurs caryotypes et sur l’alternance de bandes. Si on suspecte une délétion on fait une FISH qui inspecte la région ciblée avec 2 sondes : - 1 sonde contrôle qui marque le centromère du chr suspecté - 1 sonde test qui examine la zone du chr suspecté E – Chromosomes en anneau. Si on a deux cassures péricentriques et si on perd les segments distaux, on n'a plus de télomères au bout. Les deux extrémités libres peuvent alors s'accoler pour donner un anneau. Si l'on perd le segment médian avec le centromère on perd le chromosome. Nomenclature: r (ring). Ex : r(XX)(p22 q26) Ces cassures peuvent être repérées grâce à des sondes : une sonde pour la partie terminale du bras court et une pour partie terminale du bras long => les 2 signaux se rapprochent. Dans ce type d'anomalie, il y a des délétions par la formation de l'anneau. F – Isochromosomes. Les isochromosomes sont les chromosomes qui ont deux fois le même bras (soit deux bras longs - q, soit deux bras courts - p). Pour le mécanisme d'apparition est un clivage horizontal, au lieu du longitudinal, de la chromatine dupliquée. Il y a perte de l'autre bras, et le bras restant se déplie. Dicentrique : 2 centromères avec un qui s'inactive G – Duplications. La duplication est intrachromosomique en tandem (ab\ab) ou en miroir (ab\ba). H – Insertions. Les insertions impliquent trois cassures. Deux pour former un segment intercalaire qui va pouvoir s'insérer à l'intérieur d'un autre bras chromosomique grâce à une troisième cassure. Les insertions peuvent être intrachromosomiques et interchromosomiques. Il s'agit d'une anomalie équilibrée, il y aura donc potentiellement des phénotypes anormaux chez la descendance. Pour repérer ces anomalies, on peut faire un banding, c'est à dire colorer tout le chromosome par différentes couleurs (une couleur = une bande sur le chromosome), on a ainsi des chromosomes multicolores. I – Dicentriques / Pseudodicentriques. Un chromosomes dicentrique est issu d'une fusion entre deux chromosomes, souvent au niveau de leurs régions télomériques. Lorsque les deux centromères sont suffisamment éloignés, l'un d'entre eux devient non fonctionnel, d'où le nom de chromosomes pseudodicentriques. Cela permet à la mitose de se réaliser. J – Remaniements complexes. Il s'agit de l'association de plusieurs anomalies chromosomiques: translocation, insertion, délétion... Souvent acquises mais aussi constitutionnelles. IV – Équilibre / Déséquilibre du génome. Il faut se poser la question: l'anomalie est elle équilibrée ou déséquilibrée? Il existe des anomalies de structure et/ou du nombre des chromosomes. Si elles sont équilibrées, le dosage en gène est normal, l'individu ne présente pas de phénotype pathologique mais il existe un risque pour la descendance ( à cause du remaniement méiotique créant un déséquilibre chez le zygote). Si elles sont déséquilibrées, il y a un mauvais dosage en gènes. L'individu présentera un phénotype pathologique. Le nombre de chromosome ne suffit cependant pas pour savoir s'il existe un équilibre ou un déséquilibre. ( cf : poly schéma): il est possible qu'on est 46 chr et qu'il existe un déséquilibre, ou 47 chr et un équilibre. V – Anomalie homogène ou en mosaïque. Une anomalie de nombre homogène se caractérise par la présence de l'anomalie dans toutes les cellules (aneuploïdie, quantité de matériel génétique ≠ 2n). Une anomalie de nombre en mosaïque se caractérise par la présence de plusieurs populations cellulaires (clones) dans un même individu (si mosaïque constitutionnelle) ou un même tissu (si mosaïque acquise, cellules tumorales par exemple). A – Anomalie homogène. Par non disjonction méiotique : monosomie, trisomie . Lors de la première division : tous les gamètes sont équilibrés. Lors de la deuxième division : 50% des gamètes sont déséquilibrés, 50% sont normaux. Quand les autosomes sont touchés, on peut avoir des trisomies 21, 13, 18 viables ou une monosomie 22. Quand les gonosomes sont touchés on peut avoir une monosomie X (syndrome de Turner), ou des trisomies viables. Par anomalie de la fécondation : polyploïdie (défaut de la réaction corticale). -Triploïdie: 69 chromosomes (20% des fausses couches spontanées). Il peut s'agir de diandrie: 2 spz fécondent le même ovocyte, on pourra avoir des caryotypes 69,XXX ; 69,XXY ; 69,XYY. Il peut également s'agir de digynie: il n'y a pas l'expulsion du 2eme globule polaire., les caryotypes seront ici de type 69,XXX ; 69,XXY. -Tétraploïdie: 92 chromosomes (6% des fausses couches spontanées). B – Anomalie en mosaïque. C'est la conséquence d'une erreur de division mitotique. Si elle a lieu précocement au cours du développement du foetus on aura une anomalie identique dans toutes les cellules du tissu concerné. Le phénotype dépend de la proportion des différents clones dans les différents tissus (étude de fibroblastes (biopsie cutanée) en plus du caryotype sur lymphocytes).Ces variations du phénotype vont engendrées des problèmes diagnostic, car il n'y a pas de tableau clinique défini. Une anomalie en mosaïque peut être acquise, elle est générée dans un tissu, il y a prolifération de ces cellules qui peut aboutir à un cancer. Dans un tissu, plus le nombre de mitose est important, plus le risque de voir apparaître une anomalie sera élevé. De la même façon, les cellules des personnes âgées auront déjà subit un nombre de divisions important, il y aura donc plus de risques pour eux de développer un cancer.
