Anomalies chromosomiques Mécanismes UF de cytogénétique. Hôpital de l’Archet. Anomalies chromosomiques Mécanismes Dr KARMOUS-BENAILLY 17 Décembre 2009

Pré requis: cours PCEM2++++++++++

-Les anomalies chromosomiques -Constitutionnelles : anomalies chromosomiques survenues avant la fécondation ou lors des 1ères divisions du zygote -Acquises : anomalies chromosomiques apparues au cours de la vie et ne touchant qu’un seul organe -Anomalies de nombre ou de structure des chromosomes -Autosomes et/ou gonosomes -Homogènes (toutes les cellules présentent l’anomalie chromosomique) ou en mosaïque (2 populations cellulaires à caryotype différent issues du même zygote) -Equilibrées ou déséquilibrées ; conséquences variables -de novo ou héritées

Les anomalies de nombre 1-Polyploïdies 2-Aneuploïdies

Les anomalies de nombre 1-Polyploïdies: Nombre anormal de lots haploïdes entiers (n=23) Les anomalies les + fréquentes: TRIPLOÏDIES :3xn (69,XXX ou 69,XXY)

Triploïdie 1/10000 naissances vivantes 15% des anom.ch. survenant lors de la conception la grande majorité de ces conceptions évolue en FCS, et celles qui survivent jusqu’au terme meurent généralement après la naissance 69,XXX

Mécanismes des polyploïdies 1- Anomalies de la fécondation *fécondation d’un œuf par 2 spz (cas ovocyte immature) *fusion d’un œuf + un globule polaire puis fécondation par un spz 2- Anomalies de la méiose Production d’un ovocyte ou d’un spz diploïde : zygote triploïde

2-Aneuploïdies: variations en plus ou en moins d’un ou plusieurs chromosomes 46 +/- x chromosomes (2n +/- x)

Anomalies constitutionnelles de nombre observées à la naissance 1-Les monosomies (2n-1): Affectent les GONOSOMES 2-Trisomies (2n+1) A- AUTOSOMES B- GONOSOMES 3-Anomalies plus rares: Doubles trisomies Polysomies

1-Les monosomies (2n-1)  Affectent les GONOSOMES *Monosomie X (syndrome de Turner): 45,X

2-Trisomies (2n+1) A- Affectant les AUTOSOMES *Trisomie 21 (syndrome de Down) : 47,XX ou XY,+21 *Trisomie 18 (syndrome d’Edwards) : 47,XX ou XY,+18 *Trisomie 13 (syndrome de Patau) : 47,XX ou XY,+13 Autres trisomies: très rares (+8…)

B- Affectant les GONOSOMES *Chez la femme: X surnuméraire (syndrome triple X): 47,XXX *Chez l’homme: X surnuméraire (syndrome de Klinefelter): 47,XXY Y surnuméraire (syndrome du double Y): 47,XYY

3-Anomalies plus rares: * Doubles trisomies (2n+1+1) Ex.: X et 21 surnuméraires : 48,XXY,+21 X et 18 surnuméraires : 48,XXY,+18 …. *Polysomies (2n+x) : ne concernent que les gonosomes Ex. : 48,XXXX ou 48,XXXY 49,XXXYY ou 49,XXXXY…. Toutes ces anomalies peuvent être présentes en mosaïque Ex.:47,XX,+21[25] /46,XX[15] 45,X[30]/47,XXX[5]/46,XX[10]

Mécanisme des aneuploïdies Anomalies de la division cellulaire A-Méiose  Malségrégation prézygotique anomalie homogène Non-Disjonctions (ND) *méiose 1 : ND chr. homologues *méiose 2 : ND chromatides sœurs B-Mitose  Malségrégation postzygotique  anomalie en mosaïque ND chromatides sœurs 2-4% des trisomies 21(47,XX,+21[10]/46,XX[10]) 1/3 des 45,X (45,X[20]/46,XX[5]

Conséquences des anomalies de nombre FCS  Les aberrations autosomes: Retentissements pathologiques graves  Syndromes complexes associant : Retard de développement staturo-pondéral Retard des acquisitions et retard mental Polymalformations de la face, du squelette, des viscères…. Certaines associations malformatives : hautement caractéristiques d’un type d’anomalie

Les aberrations gonosomiques (45,X ; 47,XXY ; 47,XXX) Fertilité Taille…. Retentissement beaucoup moins dramatique Sur le phénotype Sur l’intelligence

Les anomalies de structure

Les anomalies de structure *Conséquences de cassures chromosomiques suivies par un ou plusieurs recollements anormaux *Intra/ inter chromosomiques; *ch. homologues ou non, *pls chromosomes *Equilibrées ou non

*Anomalies équilibrées phénotype normal sauf si interruption d’1/pls gènes maladie génétique correspondante méiose:gamètes déséquilibrés  zygotes anormaux  avortements ou naissance d’enfants porteurs d’anomalies congénitales. *Les anomalies non équilibrées peuvent survenir de novo ou être la conséquence d’un remaniement parental équilibré

I-Aberrations portant sur un chromosome *Délétions terminales ou intercalaires, microdélétions (del) *Chromosomes en anneau (r) *Inversions (inv) *Isochromosomes (i) *Duplications intrachromosomiques (dup) *Petits chromosomes surnuméraires (mar) II- Aberrations portant deux chromosomes *Translocations (t) *Insersions (ins)

46,XX,del(18)(q?)

WCP18 peint uniquement les 2 ch.18 : del(18)

Télomères 18p+18q: non délétés délétion non terminale mais intercalaire/interstitielle

Inversions péricentriques cassure recollement inversion cassure Inv(X)(p22.1q26)

Inversions Péricentriques 􀂄 Pas d’effet phénotypique 􀂄 Risque de formation de gamètes déséquilibrés zygote déséquilibré avec une monosomie d’un segment et une trisomie d’un autre segment chromosomique

Circonstances de découverte: Fausses Couches Spontanées Naissance(s) d ’enfant(s) polymalformé(s) Stérilité masculine ou hypofertilité Découverte fortuite (transmission sans manifestation sur plusieurs générations)

Mécanisme de déséquilibre des inversions péricentriques Le chromosome inversé forme une boucle d’inversion au niveau de la région chromosomique inversée: appariement des séquences homologues possible Inversion du segment bcd

Formation de gamètes déséquilibrés Aneusomie de recombinaison si crossing over dans la boucle de recombinaison Crossing over dans la boucle de recombinaison Formation de gamètes déséquilibrés Duplication du segment(a) Délétion du segment (e,f,g) Duplication du segment (e,f,g) Délétion du segment(a)

Monosomie du segment e,f,g gamètes zygote a b c d e f g Trisomie du segment a a b c d Monosomie du segment e,f,g a b c d e f g Duplication du segment(a) Délétion du segment (e,f,g) ou fécondation g f e d c b Trisomie du segment e,f,g a b c d e f g Monosomie du segment a Duplication du segment (e,f,g) Délétion du segment(a)

Mécanisme *déséquilibres générés correspondent aux segments distaux *probabilité de déséquilibre liée à la longueur du segment inversé (longueur augmente, probabilité de CO augmente) *viabilité est fonction de la taille des segments distaux *pas de boucle si: -grands segments inversés avec petits segments distaux -petits segments inversés avec grands segments distaux asynapsis au niveau des segments inversés

Inversions paracentriques recollement cassure cassure

Mécanisme de déséquilibre des inversions paracentriques Le chromosome inversé forme une boucle d’inversion au niveau de la région chromosomique inversée: appariement des séquences homologues possible

Exemple 13 12 11.2 11.1 12.1 12.2 12.3 13.1 13.2 13.3 p12 46,XY,inv(22)(p12q13.1)

A la méiose: l’appariement des chromosomes homologues est possible grâce à la formation d ’une boucle d ’inversion A D B C C B D A E E C F F B G G B C A D D A E F G Chromosome 22 normal Inv(22)(p12q13.1) E F G Un crossing-over à l ’intérieur de la boucle d’inversion conduit à la possibilité de formation de 2 chromosomes recombinants aneusomiques G F E A A B B L’un a une duplication 22q partielle C L’autre a une délétion 22q partielle C D D E F G

Duplications intrachromosomiques

Auto-interstitielle directe et inversée DEFINITION: présence d’un segment en double exemplaire sur le même chromosome Cette duplication peut être: A A A A A A B A A B B B B B B A B B A A A B B B adjacent Non adjacent Direct *inversée Auto-interstitielle directe et inversée En tandem Ou direct En miroir Ou inversée très rare analyse en cytog mol Sur même bras ou bras différents Orientation: centro vers télomère

Mécanismes Phase G1 *2 points de cassure translocation entre homologues a b a b + Duplication en tandem délétion

3 points de cassure A, B, I 2 encadrant le segment dupliqué 1 sur le chr. Homologueinsertion A I B

Conséquences -duplications intercalaires trisomies pures  très intéressantes pour l’étude des corrélations génotype-phénotype -duplications en miroir subterminaletrisomie proximale + délétion distale du même bras chromosomique EX: voir exemple dup9p

Duplications: -rares -le plus souvent, de novo -le plus souvent d’origine prézygotique quand elles sont constitutionnelles -si postzygotique rôle dans la pathogenèse de certaines tumeurs -origine parentale variable -selon les chr. -selon le type de duplication -mosaïques fréquentes (recombinaison mitotique intra chromosomique)

Diagnostic et exploration 1-augmentation de la longueur d’un bras chromosomique (segment intercalaire +++) caryo parents normaux 2-Affirmer la duplication WCP spécifique 3-Quelle région est dupliquée? -hautes résolutions -HIS-CGH

4-Duplication directe ou inversée? -(hautes résolutions) Diagnostic et exploration 4-Duplication directe ou inversée? -(hautes résolutions) -pls sondes en HIS direct inversé 5-origine parentale bio mol, marqueurs polymorphes -pat ou mat -pré ou post zygotique Meilleure compréhension de ces remaniements Influence éventuelle de l’origine parentale sur le phénotype

WCP9

Duplication en miroir subterminale 46,XX,der(9)dup(9)(p24p21)del(9)(p24)

II- Aberrations portant deux chromosomes *Translocations (t) : 2 cassures sur 2 chromosomes différents, le + souvent non homologues et recollement après échange des segments distaux  2 formes: *réciproques *robertsoniennes  équilibrées ou non; de novo ou transmises *Insersions (ins) : 2 cassures sur un bras chromosomique avec insertion du segment intercalaire au niveau d’un troisième point de cassure en un point quelconque du génome.

Translocations réciproques

Translocations réciproques Les porteurs d’1 translocation réciproque équilibrée peuvent former des gamètes normaux, équilibrés ou non équilibrés en fonction des ségrégations méiotiques

Méiose:diagramme du pachytène EX. Méiose:diagramme du pachytène +long à gauche, + court à droite Segments centriques H, segments transloqués V Ch. Normaux en haut à gauche et en bas à droite Ch. Remaniés en bas à gauche et en haut à droite

Ségrégation alterne

Ligne ségrégation horizontale Adjacent 1 N-T T-N Sépare : 2 ch. homologues 2 segments centriques Déséquilibre à 46 chromosomes sur les segments transloqués ( trisomie/ monosomie partielle) Mode de déséquilibre le plus fréquent ( 70%)

Adjacent 2 Ligne ségrégation verticale N-T T-N Sépare : les segments transloqués Déséquilibre à 46 chromosomes sur les segments centriques ( trisomie/ monosomie partielle) Pas de ségrégation des ch. Homologues Mode de déséquilibre rare ( 5%)

3:1 tertiaire 25% Partage inégal 3:1 Ligne ségrégation angle droit N-T-N T 1 ch. dans un gamète, les 3 autres dans l’autre ou Déséquilibre à 45 chromosomes ou 47 chromosomes

3:1 échange Partage inégal 3:1 Ligne ségrégation angle droit T-T-N N 1 ch. dans un gamète, les 3 autres dans l’autre ou Déséquilibre à 45 chromosomes ou 47 chromosomes

14 types de gamètes

Translocations réciproques Pour une translocation réciproque donnée, il existe un diagramme du pachytène et un seul La forme de diagramme du pachytène peut être définie par: La longueur des chromosomes La situation des points de cassure déterminent la longueur des segments centriques et des segments transloqués  à partir de cette forme, on peut prédire le mode de ségrégation à terme le plus probable. Selon la forme du diagramme du pachytène, il existe un mode de déséquilibre + probable La ligne de ségrégation passe par les chemins les plus longs: pour qu’il y ait ségrégation, il faut des CO; + 1 segment est long, + y a probabilité de CO, + il y a probabilité de ségrégation entre chromosomes homologues

Chaque déséquilibre peut être caractérisé par une quantité de génome en plus ou en moins Chaque topographie, chaque quantité de génome en + ou en - vont conditionner la viabilité ou la létalité du déséquilibre En cas de viabilité, la nature du syndrome malformatif est déterminée par des régions du génome qui vont être en trisomie ou en monosomie. Il existe des règles de prédiction de viabilité / létalité  HCforum

Distribution des points de cassures le long d’un chromosome: *le + souvent observés dans les bandes R ( riches en GC, forte activité génique) *plus de déséquilibres bras q que p Distribution des points de cassure pour 2 chromosomes: * il existe des points chauds : ex. t(12;21) zone autour centromère du 12 très souvent impliquée *les segments en déséquilibre: -préférentiellement distaux -+ souvent en trisomie qu’en monosomie -distribution hétérogène indiquant les régions potentiellement viables

Si on n’observe jamais de déséquilibre d’un chromosome - hypothèse 1: tous les déséquilibres sont létaux - hypothèse 2 : il n’y a jamais de déséquilibre Certains chromosomes ont un potentiel malformatif > aux autres chromosomes ( déséquilibre + viable)  21>22>18>13>14>15>9>10>4 D’autres sont très rarement impliqués car potentiel malformatif très faible mais sont très fortement létales  chr 19 et 16 très riches en gènes, que des bandes R

Exemples

EX1 mère 46,XX,t(10;17)(q26.3;p11.2)

46,XY,der(10),t(10;17)(q26.3;p11.2)mat

SEGREGATION?

Adjacent 1 observé

EX.2

WCP11+22

Tel 11p+11q

Tuple 1(22q11.2)+ 22qter

CEP14/22

Caryotype mère 46,XX,t(11;22)(q23.3;q11.2) Fille 47,XX,+der(22)t(11;22)(q23.3;q11.2)mat.ish der(22)(CEP14/22+,TUPLE1+,tel11q+,WCP22+,WCP11+)  Rare translocation rcp récurrente  Ségrégation 3:1 observée trisomie tertiaire

EX.3 46,XY,t(5;20)(q11.2;p13)

Ségrégation?

Adjacent 2

Translocations robertsoniennes Entre chromosomes acrocentriques (13,14,15, 21 et 22) D;D D;G G;G Les + fréquentes: 13;14 et 14;21  caryo à 45 chromosomes, mais sans effet phénotypique

Modes de formation: *Formation d’un monocentrique -par fusion centromérique vraie *Formation d’un dicentrique : -par cassure juxta-centromérique acentrique perdu

Translocations robertsoniennes recollement

Mécanismes de ségrégation méiotique

Ségrégation alterne (a) Ségrégations adjacentes (b et c) 14 21 b c Der(14;21) a Ex.: rob(14;21)(q10;q10) Ségrégation alterne (a) Ségrégations adjacentes (b et c) b Gamète 3 Gamète 4 Gamète 1 Gamète 2 Gamète 5 Gamète 6

Si translocation rob entre homologuesdéséquilibre obligatoire Risques malformatifs: *13;14 pas de déséquilibre observé *14;2121/188 cas déséquilibre FACTEURS RISQUES: -origine maternelle -implication ch.21

45,XX,rob(13;14)(q10;q10)

Pas de risque particulier Gamète 1 Gamète 2 Gamète 3 Gamète 4 Gamète 5 Gamète 6 gamètes zygote csq Génération suivante 1: normal normal Pas de risque particulier 2: équilibré équilibré Risques spécifiques 3: disomie 21 trisomie 21 4: nullosomie 21 monosomie 21 avortement 5: disomie 14 trisomie 14 avortement 6: nullosomie 14 monosomie 14 avortement

Insertions Transfert d’un segment intercalaire à l’intérieur d’un autre bras chromosomique. Elles résultent d’un mécanisme à 3 cassures, 2 sur le ch. donneur et 1 sur le chromosome receveur. Les ch. donneur et receveur peuvent être un seul et même ch. (insertion intrachromosomique). Lors de la méiose, on peut observer la formation de gamètes monosomiques ou trisomiques pour le segment inséré.

Insertions

WCP 10+18

46,XY,ins(10;18)(p12;q22q21.3)

46,XX,der(18)ins(10;18)(p12;q22q21.3)pat Caryo fille

Mécanisme déséquilibre normal équilibré Mécanisme déséquilibre  ségrégation méiotique + ou Délétion 18q Duplication 18q + 10 Der(10) 18 Der(18)

Insertions intra-chromosomiques

Mécanisme insertions péricentriques (INTRA chromosomiques) 1 2 * 3 4 5 6 7 . 1 3 4 2 * 5 6 7 . 1 4 3 2 * 5 6 7 . 3 points de cassure Insertion péricentrique inversée Insertion péricentrique directe

A la méiose, difficultés d’appariement CO dans la boucle INS CO dans la boucle NINS 1 2 * 3 4 5 1 4 3 2 * 5 1 1 1 4 3 * 2 5 * 2 3 4 3 1 4 3 2 * 5 1 2 * 5 2 boucle INS boucle NINS 2 3 4 + + 4 5 5 A la méiose, difficultés d’appariement Boucles CO dans boucles INS ou NINS ou les 2 ch.recombinants Dup du segment inséré Dup 1 Del 5 Dup 5 Del 1

A la méiose: pas d’appariement Insertions paracentriques ( 3 points de cassure) 1 1 Ins inversée 2 2 5 3 123456789* 3 123456789* 125674389* Boucle INS 5 Boucle NINS 4 4 6 6 7 7 8 8 9 9 A la méiose: pas d’appariement

Risque de déséquilibre pour insertions paracentriques: très élevé CO dans boucle INS 1 1 2 2 5 3 3 123476521 *983456789* Boucle INS 5 Boucle NINS 4 4 6 6 7 7 + 8 8 9 9 Acentrique instable dicentrique Risque de déséquilibre pour insertions paracentriques: très élevé

A la méiose: pas d’appariement Insertions paracentriques ( 3 points de cassure) 1 1 Ins directe 2 2 5 3 123456789* 3 123456789* 125673489* Boucle INS 5 Boucle NINS 4 4 6 6 7 7 8 8 9 9 A la méiose: pas d’appariement

1 1 CO dans INS CO dans NINS 2 2 5 3 123489 * 125673456789 * 3 12345673489 * 1256789* Boucle INS 5 Boucle NINS 4 4 6 6 7 + 7 8 8 9 9 Duplication 5,6,7 Duplication 3,4 Délétion 3,4 Délétion 5,6,7

46,XX,rec(17)dup(17p12-13.1)ins(17)(q23p12p13.1)mat fille 12 11.1 11.2 21.1 21.3 23 13 21.2 22 24 25 p12 46,XX,rec(17)dup(17p12-13.1)ins(17)(q23p12p13.1)mat

46,XX,ins(17)(q23p12p13.1) mère P53(17p13.1) MPO(17q23) 13 12 11.2 11.1 21.1 21.2 21.3 22 23 24 25 p12 46,XX,ins(17)(q23p12p13.1) mère

ou