Le diagnostic cytogenetique

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1 Le diagnostic cytogenetique
TP

2 LES ANOMALIES CHROMOSOMIQUES
Def. Des modifications génétiques produites par des mécanismes chromosomiques spécifiques: La ségrégation anormale des chromosomes en méiose/mitose La recombinaison inter chromosomiques aberrante La réparation anormale des chromosomes Incidence Supérieure a 8% des grossesses 0,7-1% des nouveau-nés Phénotype: Retard: de croissance, mental, pubertaire (+trouble sexuelles, de reproduction) Dysmorphie Des anomalies congénitales multiples +Cancers

3 Classification A. En fonction du moment: -constitutionnelles -acquises
B. En fonction du mécanisme d’atteinte des chromosomes: - numériques - structurelles (réarrangements chromosomiques) - fonctionnelles: disomie uniparentale C. En fonction du nombre des cellules atteints: -homogène -mosaïque D. En fonction du type de chromosome atteint: -autosomiques -gonosomiques -mixtes E. En fonction du type de cellule atteinte: -somatique -germinale

4 Une anomalie chromosomique peut être:
CONSTITUTIONNELLE - les différents organes ("l'ensemble de l'individu") ont la même anomalie - l'accident chromosomique existait déjà chez l'embryon; il s'est produit avant la fécondation, dans l'un des gamètes, ou peu après, dans une des cellules du zygote. ACQUISE - un seul organe est touché, les autres organes sont normaux - L'accident chromosomique s'est produit au cours de la vie de l'individu; - il est acquis par rapport au caryotype constitutionnel - Le sujet est porteur d'un processus cancéreux sur l'organe impliqué.

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6 Les anomalies chromosomiques aquises
- dans les cellules somatiques: - sous l’action des agents mutagenes - spontane, dans les syndromes d’instabilité chromosomiques - tumeurs et leucemies -ag.mutagenes:rad.ionisantes,subst.chimiques-del,t,dic,r -syndr.d’instabilite cr.-cassures chromosomiques ou chromatidiennes; risque eleve pour cancer -leucemies: anomalies clonales:t(15,17),t(9,22) -retinoblastoma-deletion 13q

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8 Les anomalies numériques:
I. Les aneuploïdies - se traduisent par une modification du nombre total de chromosomes. Les plus fréquentes sont les trisomies et les monosomies Monosomie 2n-1: - c'est quand un des chromosomes est seul, car son homologue est perdu entièrement - quand il y a une seule monosomie chromosomique dans une cellule, le nombre de ses chromosomes est égale à 45 chromosomes. - la monosomie peut concerner un des chromosomes autosomes (c'est une aberration chromosomique léthale) - ou un des chromosmes sexuels (exemple : monosomie X = 45, X ou le syndrome de Turner)

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10 I. Les aneuploïdies Trisomie 2n+1: - c'est quand un des chromosomes se trouve en nombre de trois, au lieu de deux chromosomes homologues (paire) - quand il y a une seule trisomie chromosomique dans une cellule, le nombre de ses chromosomes est égale à 47 chromosomes - les trisomies sont les anomalies chromosomiques les plus communes dans l’espèce humaine (4% des grossesses reconnues) - la trisomie peut concerner un ou plusieurs chromosomes autosomes (trisomie 21 ou syndrome de Down, trisomie 18 ou syndrome E ou syndrome d'Edwards, trisomie 13 ou syndrome D ou syndrome de Patau) - ou un des chromosmes sexuels (exemple : syndrome de Klinefelter = 47, YXX ; trisomie X = 47, XXX ou syndrome de triplo-X, et aussi 47,XYY). Tetrasomie 2n+2 Pentasomie 2n+3

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13 Trisomie 21 (Syndrome de Down)

14 II. Les polyploïdies : c'est quand les cellules renferment de multiples (plus de deux) du nombre haploïde (de lots) de chromosomes La triploïdie et la tétraploïdie sont les polyploïdies observées dans l’espèce humaine.

15 Triploïdie la cellule triploïde contient trois haploïdes ou trois lots de chromosomes (3N = 23 x 3 = 69 chromosomes) ; elle résulte : 1. soit d'une anomalie survenant au cours de la division méiotique qui permet de former les gamètes, cette anomalie se caractérise par une non-disjonction portant sur tout le jeu chromosomique et conduisant à la formation de gamètes diploïdes (2N = 46 chromosomes) Selon le type du gamète anormal, on peut distinguer entre : la triploïdie par diandrie : triploïdie résultant de la fusion d'un spermatozoïde diploïde avec un ovule normal (haploïde) ; la triploïdie par digynie : triploïdie résultant de la fusion d'un ovule diploïde avec un spermatozoïde normal (haploïde) ; 2. soit d'une anomalie survenant au cours de la fécondation : par la non séparation du deuxième globule polaire de l'ovule ; 3. soit de la fécondation d'un ovule par deux spermatozoïdes (dispermie) ;

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17 Tétraploïdie la cellule tétraploïde contient 4 haploïdes ou quatre lots de chromosomes (4N = 23 x 4 = 92 chromosomes) ; elle résulte de la multiplication des chromosomes dans le zygote sans que ce zygote se sépare en deux blastomères (lors de la première division zygotique) Les cellules impliquees dans la regeneration de la foie sont tetraploides

18 Classiquement, elles peuvent se produire à différents moments:
Au cours de la gametogenese Au moment de la fecondation Au cours des premieres divisions de l’oeuf

19 - la ségrégation anormale d'un chromosome au cours de la méiose peut conduire à la formation d’un gamète à 22 ou d’un gamète à 24 chromosomes ; - lorsqu’ils fusionnent avec un gamète normal, ils vont donner respectivement un œuf monosomique et un œuf trisomique.

20 Les triploïdies ne sont pas viables
la fécondation de l’ovocyte par deux spermatozoïdes va aboutir à un œuf triploïde (c'est-à-dire à 69 chromosomes) une triploïdie peut aussi se former lorsque l’un des gamètes a conservé 46 chromosomes Les triploïdies ne sont pas viables                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

21 Des erreurs de ségrégation d’un chromosome au cours des premières mitoses vont aboutir à des mosaïques c'est-à-dire des œufs qui auront plusieurs populations cellulaires de formules chromosomiques différentes, normales ou anormales.                                                                                                                                                                                                   

22 Une anomalie chromosomique peut être:
HOMOGENE: - si toutes les cellules du tissu examiné portent la même anomalie EN MOSAIQUE : - si certaines cellules du tissu examiné portent l'anomalie alors que d'autres sont normales (notion de clone) - toutes ces cellules dérivent d'un seul zygote. La mosaïque résulte des anomalies de ségrégation (des non-disjonctions) survenant au cours des premières mitoses, c'est la première mitose du zygote (post-zygotique) et des premières mitoses des blastomères.

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26 Par exemple la trisomie 21 peut être liée:
Plusieurs mécanismes différents peuvent être à l’origine d’une même anomalie chromosomique. Par exemple la trisomie 21 peut être liée: à un mécanisme de non-disjonction méiotique paternelle, maternelle (trisomies libres et homogènes) ou être due à une translocation robertsonienne, à une translocation réciproque (trisomies par translocation), ou encore être due à un accident mitotique des premières divisions (trisomies libres en mosaïque).

27 La sélection naturelle va éliminer un très grand nombre de ces anomalies du nombre des chromosomes et seules vont être observées celles qui vont tenir suffisamment longtemps. Au cours du 1er trimestre de la grossesse, les anomalies chromosomiques sont responsables de 60 % des avortements spontanés. Il s’agit pour une grande part d’anomalies numériques.

28 Parmis les anomalies du nombre des chromosomes retrouvées chez l’enfant à la naissance les plus fréquentes sont : • La trisomie 21 (47, XY, +21 ou 47, XX, +21) ou syndrome de Down estimée à 1 naissance sur 700 environ, • La trisomie 18 (47, XY, +18 ou 47, XX, +18) ou syndrome d’Edwards estimée à 1 naissance sur 8000 environ, • La trisomie 13 (47, XY, +13 ou 47, XX, +13) dont la fréquence se situe autour de 1 naissance sur 4000 à environ, • Le syndrome de Klinefelter (47, XXY) dont la fréquence est de l’ordre de 1 pour 1000 garçons, • La présence de 3 chromosomes X chez une femme (47, XXX) dont la fréquence est de l’ordre de 1 pour 1000 filles, • La présence de 2 chromosomes Y chez un homme (47, XYY) dont la fréquence est de l’ordre de 1 pour 1000 garçons, • La monosomie X (45, X) ou syndrome de Turner, dont la fréquence à la naissance est de 0,4 pour 1000 filles, alors qu’à la conception, sa fréquence est beaucoup plus élevée (90 % des monosomies X aboutissent à un avortement spontané), • Les trisomies 8 et 9 en mosaïque

29 II. LES ANOMALIES DE STRUCTURE DES CHROMOSOMES :
A. Définition Elles sont la conséquence de cassures chromosomiques suivies par un ou plusieurs réarrangements. L'anomalie chromosomique est équilibrée ou déséquilibrée. Equilibrée: il n'y a pas de perte ou gain génétique malgré les anomalies présentes. Ainsi les individus touchés ne présentent pas d'effets phénotypiques, ou rarement une pathologie lorsque la cassure se fait sur un gène important. Cependant cette personne peut produire des gamètes déséquilibrés, responsables de maladies génétiques importantes. Déséquilibrée: si il en résulte une délétion et/ou une duplication d'un fragment. induit des trisomies ou des monosomies partielles. Cette anomalie est souvent la cause d'un parent atteint d'une anomalie équilibrée.

30 La translocation : c'est le transposition d'un fragment chromosomique sur un chromosome non homologue suite à une cassure d'un chromosome. Translocation réciproque : - C'est l'échange de fragments chromosomiques entre deux chromosomes non homologues suite à deux cassures survenant sur ces deux chromosomes S'il n'y a pas de perte de matériel génétique au niveau des cassures, le patrimoine génétique reste entier mais avec répartition modifiée. 1/400 individus -t(11,22) la plus frequente -phenotype normale mais avec des troubles de reproduction et sterilite

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38 Translocation robertsonienne (ou translocation par fusion centrique) concerne les chromosomes acrocentriques qui : - soit ils fusionnent par leurs centromères (fusion centromérique) ; soit par cassures dans les régions juxtacentriques des bras courts, puis fusion entre ces deux bras courts. Les deux chromosomes acrocentriques fusionnés donnent un seul chromosome métacentrique et la formule chromosomique (le caryotype) est formée de 45 chromosomes. La translocation robertsonienne peut se produire entre deux chromosomes homologues. intre cr. acrocentrici -1/1000 individus -peuvent produire gamets et descendants anormales

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41 Caryotype avec une translocation robertsonienne équilibrée entre un chromosome 13 et un chromosome 14 : 45, XY, der (13 ; 14)( q10 ; q10)

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44 Caryotipe du syndrome de Down
par translocation 21/14

45 La translocation est indiquée par la lettre (t) puis, (rcp) pour réciproque ; (rob) ou (der) pour robertsonnienne. 46,XY,trcp(2,8)(p13,q12) 46,XY,trob(13,14)(q11,p11)

46 Insertions : Il s'agit d'un transfert d'un segment chromosomique intercalaire à l'intérieur d'un autre chromosome ; elles résultent de trois cassures, l'une sur le chromosome receveur et deux sur le chromosome donneur libérant le fragment intercalaire. Le chromosome donneur peut être aussi le chromosome receveur, dans ce cas là, il s'agit d'un déplacement d'un fragment chromosomique d'un site à un autre sur le même chromosome, le fragment peut garder la même orientation ou une orientation inverse. -des anomalies rares qui conduisent aux troubles de reproduction

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48 L'insertion est indiquée par les lettres (ins) et l'insertion inverse par les lettres (ins inv).
46,XX,ins(6;12)(p21;q13q23) 46,XX,insinv(6;12)(p21;q13q23)

49 Inversion chromosomique :
Il s'agit de deux cassures sur le même chromosome, suivie d'un retournement du segment amputé, puis recollement; Inversion paracentrique : c'est une inversion chromosomique qui touche un seul bras sans inclure le centromère - Inversion péricentrique : c'est une inversion chromosomique qui touche les deux bras donc le segment inversé inclut le centromère. Dans les inversions il n'y a pas de perte d'éléments génétiques, mais la séquence des gènes est inversée 1/1000 anomalies equilibres, sans consequences phenotypiques Troubles reproductifs, sterilite, fausse couches en repetitions, enfants malformes

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57 - L'inversion est indiquée par les lettres (inv)
46,XX,inv(4)(p15,q13)

58 Les rearrangements chromosomiques desequilibres:
a)-La deletion (la monosomie partielle)

59 Délétion: C'est la perte d'une partie d'un chromosome épargnant la région centrométrique ; elle survient suite à une cassure chromosomique. On distingue : - les délétions terminales portant sur l'extrémité du chromosome ; les délétions intercalaires portant sur des segments plus proximaux des bras chromosomique. La conséquence d'une délétion est la monosomie partielle de la région perdue et pour les gènes présents sur cette partie chromosomique -microscopiques: > 5 Mb -submicroscopiques: < 5 Mb-FISH

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64 la délétion est indiquée par les lettres "del" puis le numéro de chromosome entre deux parenthèses puis le point de cassure entre deux parenthèse. Exemple : 46,XY,del(1) (q 21) = délétion au niveau du bras long du chromosome 1 au niveau de la bande 21.

65 Exemple : 46,XX,18p- = délétion du bras court du chromosome 18 ; 46,XY,9q+ = présence d'un fragement excédentaire sur le bras long du chromosome 9.

66 Microdélétion : Il s'agit des délétions qui ne sont pas visibles que sur les bras longs (q) en prométaphase. Parmi les affections génétiques associées à une microdélétion : certaines formes de rétinoblastome (microdélétion sur le chromosome 13); maladie de Willi - Prader (micro-délétion sur le chromosome 15); tumeur de Wilms (micro-délétion sur le bras court du chromosome 11).

67 Chromosome en anneau : après une délétion et la perte de deux extrémités d'un chromosome, les deux extrémités restant et cassées se rejoignent pour former un chromosome en forme d'anneau. - tres instables - r(X);r(21);r(18);r(15);r(22) Le chromosome en anneau est indiqué par la lettre (r). 46,XX,r(18)(p11,q22)

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71 Dues au crossing-over inegal -dup 12q -dup 22q
Duplication : Il s'agit d'une partie de chromosome qui s'est dédoublée puis insérée dans le chromosome ou elle apparaît sous forme d'un fragment séparé. La conséquence d'une duplication est la trisomie partielle de la région dupliquée et pour les gènes présents sur cette partie chromosomique. Dues au crossing-over inegal -dup 12q -dup 22q

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75 - La duplication est indiquée par les lettres (dup) ; la duplication direct par (dup dir) et la duplication inversée par (dup inv). 46,XX,dup(1)(q11->q32)

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77 Isochromosomes : I(Xq);I(12p)
Ce sont des chromosomes qui possèdent deux bras de longueur égale; ils résultent d'une division transversale du centromère, au lieu d'une division longitudinale; si le chromosome possède un bras court et un bras long, après ce type de division tranversale, on obtient deux chromsomes, le premier est formé des deux bras courts, et le deuxième est formé des deux bras longs. Les isochromosomes peuvent être mono- ou bicentrique. I(Xq);I(12p)

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83 - L'isochromosome est indiqué par la lettre (i).
46Xi(Xq)

84 Chromosomes dicentriques – tres rares
- Le chromosome dicentrique est indiqué par les lettres (dic). Chromosome marquer – difficil a l’identifier:chr 15,chr X 47,XX,+mar

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87 Disomies uniparentales
I-Définitions o Il y a, chez un individu diploïde, une disomie uniparentale (DUP) pour un chromosome ou un segment de chromosome lorsque les deux exemplaires de ce matériel ont été hérités d'un seul et même parent. o On parle d'isodisomie ou d'hétérodisomie uniparentale selon que les deux exemplaires du matériel considéré chez l'individu sont la copie d'un même exemplaire ou des deux exemplaires différents du matériel parental, respectivement.

88 II-Mécanismes conduisant aux disomies uniparentales
Parmi les mécanismes invoqués pour expliquer l'apparition d'une DUP, trois semblent plus probables : (1) la fécondation d'un gamète disomique pour une paire chromosomique donnée par un gamète nullosomique pour le même chromosome (complémentation gamétique), (2) la duplication d'un chromosome dans un zygote monosomique et (3) la "correction (ou réduction) de trisomie", c'est-à-dire la formation d'un zygote trisomique suivie de la perte d'un des 3 chromosomes intéressés par la trisomie. Ce mécanisme de correction de trisomie pourrait être le plus fréquent.

89 III. Disomies uniparentales et pathologies humaines
Les conséquences phénotypiques des DUP sont variées et en rapport avec des mécanismes divers. A-Les mécanismes 1. Une isodisomie uniparentale peut faire apparaître une maladie récessive autosomique alors que seul l'un des parents est hétérozygote pour l'allèle mutant. Cette situation a été démontrée dans de rares cas de mucoviscidose, où, chaque fois, les enfants atteints ont hérité des deux copies maternelles du chromosome 7.

90 2. Lorsqu'elle porte sur un territoire chromosomique soumis à empreinte parentale, une disomie uniparentale peut engendrer une pathologie lorsqu'elle exclut le chromosome parental normalement actif. o Ainsi, 30% des cas de syndrome de Prader-Willi sont dus à une DUP maternelle de la région q11-q12 du chromosome 15 ; en effet, c'est l'exemplaire paternel qui est actif. o La DUP d'une région voisine du chromosome 15 d'origine paternelle est, quant à elle, responsable d'environ 5% des cas de syndrome d'Angelman : c'est l'exemplaire maternel qui est normalement actif. o Dans le syndrome de Beckwith-Wiedemann, une DUP des chromosomes 11 d'origine paternelle a été mise en évidence dans environ 10% des cas.

91 Selon la nomenclature, on indique :
Le bras court d'un chromosome par la lettre (p) précédée par le numéro de chromosome concerné Le bras long d'un chromosome par la lettre (q) précédée par le numéro de chromosome concerné Le centromère d'un chromosome par les lettres (cen) précédées par le numéro de chromosome concerné La constriction secondaire sur d'un chromosome par la lettre (h) précédées par le numéro de chromosome concerné - Un satellite sur un chromosome par la lettre (s) précédées par le numéro de chromosome concerné

92 - le numéro du chromosome - le symbole du bras (p ou q)
- Le signe (+) devant les lettres (p, q, s, h) indique l'ajout du matériel chromosomique au chromosome concerné Le signe (-) devant les lettres (p, q, s, h) indique la perte (ou délétion) du matériel chromosomique au chromosome concerné. Exemple : 46,XX,18p- = délétion du bras court du chromosome 18 ; 46,XY,9q+ = présence d'un fragement excédentaire sur le bras long du chromosome 9. Pour identifier un point de cassure on utilise 4 critères, dans l'ordre : - le numéro du chromosome - le symbole du bras (p ou q) - le numéro de la région - le numéro de la bande (dans le sens centromère  télomère) Pour l’annotation des sous bandes on sépare les sous bandes des bandes par un point (.)

93 la cassure est indiquée par (:)
la cassure et recollement est indiqués par (::) la délétion est indiquée par les lettres "del" puis le numéro de chromosome entre deux parenthèses puis le point de cassure entre deux parenthèse. Exemple : 46,XY,del(1) (q 21) = délétion au niveau du bras long du chromosome 1 au niveau de la bande 21. - La flèche —> indique la zone de délétion (de... à) - ter indique l'extrémité distale du bras : qter = extrémité distale du bras long ; pter = extrémité distale du bras court.

94 - L'inversion est indiquée par les lettres (inv)
- Le chromosome en anneau est indiqué par la lettre (r). - L'isochromosome est indiqué par la lettre (i). - Le chromosome dicentrique est indiqué par les lettres (dic). - L'insertion est indiquée par les lettres (ins) et l'insertion inverse par les lettres (ins inv). - La duplication est indiquée par les lettres (dup) ; la duplication direct par (dup dir) et la duplication inversée par (dup inv). - La translocation est indiquée par la lettre (t) puis, (rcp) pour réciproque ; (rob) ou (der) pour robertsonnienne.

95 Selon la nomenclature de l'ISCN , pour le carotype anormal, on indique successivement :
- le nombre total de chromosomes (autosomes et gonosomes ou sexuels) - un virgule - les chromosomes sexuels - le signe + pour le chromosome surnuméraire, ou le signe - pour le chromosome manquant -et enfin, le numéro du chromosome surnuméraire ou manquant. Exemple : trisomie 21 chez une fille s'écrit : (47,XX,+21). Monosomie 21 chez un graçon s'écrit : (45,XY,-21).

96 Quand il s'agit d'une aberration portant sur les chromosomes sexuels, on indique :
le nombre total de chromosomes (autosomes et gonosomes ou sexuels) un virgule les chromosomes sexuels Exemple : monosomie X (syndrome de Turner) s'écrit : (45,X) ; syndrome Klinefelter (47,XXY).

97 Pour la polyploïdie, on indique :
le nombre total de chromosomes (autosomes et gonosomes ou sexuels) un virgule les chromosomes sexuels. Exemple : triploïdie (69,XXY) ou (69,XXX)... Tétraploïdie (92,XXXY) ou (92,XXXX)...

98 Pour la mosaïque on indique les différentes populations cellulaires séparées par ( / )
Exemple : (45,X/46,XX) soit (mos 45,X/46,XX) ; (45,X/46,XX/47,XXX) soit (mos 45,X/46,XX/47,XXX)...