Master 1 Genetique Humaine Cours Magistral ( Format

UNIVERSITE Félix Houphouet BOIGNY UFR BIOSCIENCES
COCODY-ABIDJAN LABORATOIRE DE GENETIQUE
COURS MAGISTRAUX
L3 DE GENETIQUE
UNITE DE VALEUR GENE 2112
L3 DE GENETIQUE
Cytogénétique Humaine
Responsabledel’UE(Unitéd’Enseignement) :
Dr COULIBALY Foungotin Hamidou
ExpertauprèsdesTribunaux(Testd’ADN,Génétique)
Spécialités : Génétique Humaine
Biologie de la Procréation
Cytogénétique
Spermiologie
Essais Cliniques
Site web : www.crieafrique.net
E-mail : [email protected]

CYTOGENETIQUE HUMAINE
Depuis la découverte du nombre exact de chromosomes humains par Tjio et Levan en 1956,
la cytogénétique humaine s'est développée dans plusieurs directions:
1) étude des anomalies chromosomiques constitutionnelles chez des enfants affectés
de malformations et/ou de dysmorphies, chez leurs parents et chez des sujets
stériles ;
2) dépistage anténatal d'aberrations chromosomiques ;
3) analyse des anomalies chromosomiques acquises, présentes dans les cancers et les
leucémies, ou consécutives à l'exposition aux radiations ionisantes, à des
substances toxiques ou à des agents mutagènes ;
4) localisationdegènesoudesegmentsd’ADNsurleschromosomes,dans1'objectif
d'établir une carte cytologique, puis intégrée, du génome humain.
LA CYTOGENETIQVEapourobjetl’étudecytologiquedeschromosomes.Leuranalyseest
effectuée au cours d'un stade du cycle cellulaire ou les chromosomes sont bien individualisés
et peuvent être observés au microscope. C'est le plus souvent la métaphase mitotique qui est
observée, mais 1'étude de la méiose est également possible et, plus récemment, grâce à des
techniques d'hybridation in situ utilisant des sondes d’ADN non radioactives, s'est développée
celle des noyaux en interphase.
I / MITOSE ET CYCLE CELLULAIRE
Avant de se diviser, la cellule réplique son ADN au cours d’une période du cycle cellulaire
appelée phase S. La réplication est suivie d'une phase G2 qui précède la mitose. Après la
mitose, la cellule entre en phase GI.
La mitose elle-même est divisée en quatre stades. Au cours de la prophase, les chromosomes
deviennent des structures visibles au microscope sous forme de filaments longs, fins et
enchevêtrés, encore partiellement déspiralisés. A la métaphase qui lui fait suite, la membrane
nucléaire disparait et les chromosomes, maintenant condensés et bien individualisés, se
rassemblent au niveau de la plaque équatoriale ; à ce stade, ils sont formés de deux
chromatides réunies au niveau du centromère ; le fuseau cellulaire commence à être visible. A
1'anaphase, les deux chromatidessœurs se séparent et chacune migre, le long du fuseau, à l’un
des pôles de la cellule. Au cours de la télophase, les chromosomes se décondensent, tandis
que les deux noyaux fils se reconstituent et que les cytoplasmes des deux cellules filles se
séparent. La conséquence de la mitose est une distribution égale du matériel chromosomique
entre les deux cellules filles.

Les protéines intervenant au cours des phases successives du cycle cellulaire sont en partie
identifiées. Dénommées cyclines (A, B, C, D, E), e1les s'associent à différentes kinases (CDK
pour cyclin dependent kinases)
Des anomalies d'expression des cyclines ont été découvertes dans certaines tumeurs malignes,
et plusieurs gènes suppresseurs de tumeurs se sont avérés être des inhibiteurs de kinases,
comme celui codant la protéine p16 (La protéine P16 est une protéine normalement exprimée
au cours de la division cellulaire. Ellefaitpartied’unensembledeprotéines chargées de
réguler le cycle, et intervient pour ralentir la préparation de la phase G1/S de synthèse des
brinscomplémentairesd’ADN,quipréludeàlamitose.Sapropresynthèseestcommandée
par un gène situé sur le bras cours du chromosome 9. Au cours de plusieurs cancers
(leucémies,vessie,voiesaerodigestivessupérieures,poumons…),lafonction de la protéine
P16estperdue,parmutationponctuelle,délétionouméthylationdel’ADN.Dansleslésions
de haut grade induites par une infection persistante paruntypeoncogèned’HPVetles
cancersducolutérins’observeaucontraireuneaccumulation importante de P16, à la fois
nucléaireetcytoplasmique.Ceparadoxeestliéàl’intégrationdanslegénomehumainde
l’ADNduvirusHPV.Lematérielgénétiqueviralsetrouveintégré au génome humain. Cela a
pour effet de bloquer la synthèse de la protéine P53, ce qui, en retour, conduit à une
surexpression de la P16)
Classiquement, le chromosome est défini comme une structure subcellulaire colorable (d'où
son nom), portant les gènes. Un chromosome est caractérisé par un centromère, point
d'attache au fuseau mitotique, relié à un bras court (p) et à un bras long (q) qui comportent
une ou deux chromatides selon le stade de la mitose, et dont les extrémités constituent les
télomères.
. II existe sur certains chromosomes humains (1, 9, 16) des constrictions secondaires qui
correspondent a de l'hétérochromatine (formée d’ADNrépétitif). Sur le bras court des cinq
chromosomes acrocentriques (13-15 et 21-22) existent des structures ayant peu d’affinité pour
les colorants habituels, mais colorables avec des réactions au nitrate d'argent, et que l’on
appelle satellites : ils correspondent aux organisateurs nucléolaires (NOR, nucleolar

organizer regions). Ces régions contiennent des copies multiples, disposées en tandem, des
gènes des ARN ribosomiques.
II / METHODESD’ETUDEDES CHROMOSOMES
Deux astuces techniques ont permis le développement initial de la cytogénétique humaine :
1'emploi d'une solution hypotonique pour faire gonfler les cellules (choc hypotonique) et le
séchage à l'air qui complète l'étalement des chromosomes. La mise au point de cultures de
lymphocytes au début des années 1960, puis des techniques de bandes à partir de 1970, a
aussi grandement contribué à l'essor de la cytogénétique moderne, laquelle connait un
renouveau avec l'emploi des techniques d'hybridation in situ en fluorescence.
2.1 Cultures cellulaires et établissement du caryotype
2.1.1 TECHNIQUES CONVENTIONNELLES DU CARYOTYPE
CONSTITUTIONNEL
Lecaryotypeestunetechniquequipermetl’étudedeschromosomesd’unindividu.Cette
technique permet d'obteniruneimage,enmicroscopieoptique,deschromosomesd’une
cellule au cours de la métaphase ou de la prométaphase de la mitose. En génétique médicale,
le caryotype contribue à la mise en évidence de remaniements chromosomiques équilibrés ou
déséquilibrés.Larésolutiond’uncaryotypestandardestcelled’unebande chromosomique,
soit environ 5 à 10 millions de paires de bases (mégabases).
A) ETAPE DE CULTURE DES CELLULES
Toutprélèvementdontlescellulessontendivisioninvitropermetl’établissementd’un
caryotype. Un prélèvement de sang veineux périphérique recueilli stérilement sur tube
héparinate de lithium est le plus souvent utilisé pour réaliser un caryotype constitutionnel en
période postnatale. Le sang total est incubé 48 à 72 heures dans un milieu de culture contenant
une lectine à fort pouvoir mitogène (phytohémagglutinine ou PHA) permettant une
stimulation de la croissance des lymphocytes T. Les fibroblastes de la peau sont également
couramment utilisés en période postnatale mais demandent une culture cellulaire de une à
trois semaines. Le fragment tissulaire est recueilli dans un milieu de culture stérile additionné
d'antibiotiques.
En période anténatale, les amniocytes du liquide amniotique, les cellules trophoblastiques des
villosités chorialesouleslymphocytesdusangfœtalsontutilisés.Letempsdeculture est
variableselonletypedecelluleanalysé.L’établissementd’uncaryotypeàpartirde liquide
amniotique nécessite, en moyenne, un temps de culture de 6 à 10 jours. Le temps de culture
peut être plus long, parfois de plusieurs semaines, en raison de la faible quantité de cellules
initialesencasd’amniocentèsetrèsprécoceouenraisondesnombreusescellulesen apoptose
etdesdébriscellulairesencasd’amniocentèsetardive.
B) OBTENIR DES MÉTAPHASES NOMBREUSES ET DE BONNE QUALITÉ
Après la phase de multiplication des cellules, celles-ci sont bloquées au stade de métaphase
afin de pouvoir observer les chromosomes. Pour se faire, on ajoute de la colchicine, produit
dérivé du colchique. Cette substance empêche la polymérisation de la tubuline et donc la
formation du fuseau mitotique. La mitose est bloquée au stade de métaphase.
On procède ensuite au choc hypotonique. Cette étape, indispensable pour avoir un étalement
correct, entraine le gonflement des cellules par différence de pression osmotique.
Les membranes cytoplasmique et nucléaire sont fragilisées. Les constituants cellulaires sont
ensuite fixés grâce à un fixateur, par exemple un mélange acide acétique méthanol. Les