Biologie: Le chromosome et le caryotype humain

• Le caryotype humain, techniques et indications sont des éléments de génétique étudiés en biologie.

Le Chromosome

• Il est constitué d'un filament d'ADN fortement enroulé et compacté autour d'histones.
• L'étude du chromosome se fait durant la division cellulaire ou mitose.
• L'ADN, lors de la transcription cellulaire, est déroulé et visible sous forme d'hétérochromatine dans le noyau en interphase.
• Les chromosomes sont étudiés en métaphase, constitués de deux chromatides unis par le centromère.
• Chaque chromosome a un centromère qui différencie les bras courts (« p ») des bras longs (« q »).
• Les chromosomes métaphasiques présentent deux chromatides liées au niveau du centromère, avec des télomères aux extrémités et une alternance de bandes claires et sombres.
• Le chromosome résulte de la compaction de l'ADN autour de protéines histoniques.
• Un chromosome Y apparaît très brillant grâce à un marquage spécifique.

États du chromosome

• Condensé, le filament d'ADN compacté est appelé chromosome, visible durant la mitose.
• Déroulé, il mesure 1,8 m, appelé chromatine pendant l'interphase.

Fonctions du chromosome

• Il est le support de l'information génétique, portant les gènes.
• Une cellule mère se divise en deux cellules filles identiques, transmettant l'information génétique.

Variations morphologiques du chromosome

• L'aspect du chromosome varie durant le cycle cellulaire.
• Les phases G1, S et G2 ne sont pas discernables en microscopie optique, contrairement à la métaphase où les chromosomes sont les mieux étudiés.
• La division cellulaire est répartie en prophase, métaphase, anaphase et télophase, tandis que la structure de base de la chromatine est le nucléosome.

Hybridation in situ

• Des techniques d'hybridation in situ permettent d'identifier spécifiquement les chromosomes paire par paire.
• La répartition des chromosomes est précise dans le noyau interphasique, se répartissant en domaine non aléatoire.
• L'utilisation de fluorochromes et de techniques d'hybridation in situ permet d'identifier des anomalies de structures des paires de chromosomes en métaphase.

Le Caryotype : Conceptus

• Un conceptus normal résulte de la fécondation d'un ovocyte (23 chromosomes X) et d'un spermatozoïde (23 chromosomes X ou Y).
• Un sujet normal possède la complémentarité des génomes paternel et maternel, chaque paire de chromosomes étant constituée d'un chromosome paternel et maternel.
• L'espèce humaine a 46 chromosomes, on dit que le zygote est diploïde ou euploïde .
• Un nombre de chromosomes inférieur ou supérieur à 46 indique une aneuploïdie.

Généralités sur le caryotype

• Le caryotype est une technique pour étudier les chromosomes d'un individu. Toute cellule nucléée peut être caryotypée.
• La technique permet une image en microscopie optique après traitement spécifique et coloration, révélant une alternance de bandes (banding G ou R).
• Le classement des chromosomes tient compte de la taille, de la position du centromère, de la forme et du banding.
• Chaque paire est formée de chromosomes homologues (sauf XY chez le mâle), chaque chromosome étant constitué de deux chromatides unies par un centromère.
• L'équipement chromosomique est spécifique à chaque espèce. Chez l'homme : 23 paires soit 46 chromosomes (44 autosomes + 2 gonosomes).

Réalisation du caryotype

• Sur un caryotype féminin (46, XX), le banding R utilisé résulte d'une dénaturation par la chaleur.
• Tout prélèvement contenant des cellules en division in vitro permet l'établissement d'un caryotype.
• Un prélèvement de sang veineux périphérique est recueilli stérilement pour éviter la coagulation.
• Le sang total est incubé 72h avec une lectine mitogène (phytohémagglutinine) pour accélérer la division des lymphocytes.
• Le liquide amniotique, ou cellules trophoblastiques, peut être cultivé en boîtes dans un incubateur à 37°C.
• Les fibroblastes de la peau, couramment utilisés en période postnatale, exigent une culture d'1 à 3 semaines.
• Le temps de culture varie selon le tissu étudié, nécessitant en moyenne 6 à 10 jours pour le liquide amniotique.
• Le culot cellulaire est ensuite techniqué ou mis en culture sur des supports, les cellules se divisant en clones analysés par microscopie.

Blocage division

• Après division cellulaire, les cellules sont bloquées en métaphase grâce à la colchicine.
• Un choc hypotonique avec du chlorure de potassium permet le gonflement des cellules et l'étalement des chromosomes.

Fixation et dénaturation

• Les constituants cellulaires sont fixés avec un mélange d'acide acétique et d'éthanol ou méthanol, puis dénaturés par des enzymes ou la chaleur.
• Les chromosomes révèlent une alternance de bandes claires et sombres, spécifique à chaque paire.
• Les bandes G sont obtenues par dénaturation enzymatique et les bandes R par dénaturation par la chaleur.
• Une bande claire en G apparaît sombre en R, facilitant l'identification d'anomalies de structure.

Classification

• Les chromosomes séparés sont classés selon une nomenclature précise et internationale.
• Pour établir un caryotype, les chromosomes sont classés selon la taille, le rapport centromérique et les bandes.
• La formule chromosomique est 46, XX ou 46, XY.

Taille du caryotype

• Les chromosomes 1 sont les plus grands et les chromosomes 22 les plus petits.
• Les chromosomes sexuels sont XX chez la fille et XY chez le garçon.
• Chaque chromosome est associé à un idéogramme pour vérifier le banding.

Rapport centromérique

• Le centromère indique le site d'accolement des chromatides sœurs.
• Il est le même pour une paire de chromosomes homologues.
• Le rapport est le pourcentage de longueur des bras courts sur la longueur totale du chromosome.

Identification par le rapport centromérique

• Les chromosomes métacentriques ont un RC de 50% (bras égaux), ex : chromosomes 1; 3; 16; 19 et 20.
• Les chromosomes submétacentriques ont un RC < 50% (bras courts plus courts).
• Les chromosomes acrocentriques ont des bras courts pratiquement inexistants, impliqués dans la synthèse des ARN ribosomiques, ex: chromosomes 13; 14; 15; 21 et 22.

Technique du marquage chromosomique en bande

• Après dispersion et fixation, les chromosomes sont soumis à des agents dénaturants (chaleur, traitement enzymatique).
• Après coloration, une alternance de bandes claires (peu colorées) et sombres (fortement colorées) apparaît.
• La disposition topographique de ces bandes est caractéristique d'un chromosome donné, identique sur les deux chromatides sœurs et les chromosomes homologues.

Applications

• Les techniques de marquage, avec certitude, permettent : d'identifier les chromosomes normaux et de détecter des anomalies fines de la structure chromosomique.
• Des techniques plus précises comme les puces à ADN existent, le caryotype restant une technique grossière d'étude.
• Sur un caryotype féminin (46, XX), le banding R utilisé résulte d'une dénaturation par la chaleur.

Nomenclature

• Pour définir la position d'un gène, une nomenclature précise suit 5 critères (ISCN).
• On a le numéro du chromosome, le symbole du bras (p ou q), des numéros de la région, de la bande et de la sous bande dans l'ordre.
• Ex: le gène impliqué dans la mucoviscidose (gène 7q31): 7=chromosome 7, q=bras long, 3=région n°3 et 1=bande n°1.

Mode de prélèvement

• La technique la plus simple est le prélèvement de sang périphérique avec un anticoagulant tel que l'héparine.
• Une ponction du liquide amniotique peut être réalisée pour un caryotype fœtal.
• Le geste, fait de façon stérile sous contrôle échographique, le liquide amniotique, dans des conditions normales, jaune citrin.

Mode de prélèvement suite

• Différents lieux topographiques permettent d'avoir accès au caryotype fœtal.
• On peut recueillir un caryotype fœtal, les trois sites de ponction sont: prélèvement de villosités choriales, prélèvement de sang fœtal au cordon et prélèvement de liquide amniotique.
• La biopsie du trophoblaste est précoce (12SA), l'amniocentèse plus tardive et le prélèvement de sang du cordon n'est plus pratiqué.

Echographie fœtale

• Des échographies fœtales en 3 dimensions permettent de détecter le bébé bâiller, un bébé en position fœtale et le signe d'appel échographique avec un pied bot.

Indications

• Les indications du caryotype chez la femme enceinte sont : anomalie chromosomique parentale équilibrée, antécédent de grossesse avec caryotype anormal, diagnostic de sexe (maladies liées au sexe), signes d'appel échographique.
• Les signes d'appels échographiques détectent des anomalies morphologiques fœtales, un retard de croissance intra-utérin et des anomalies de la quantité de liquide amniotique.
• Un dosage des marqueurs sériques (hormones placentaires) peut être fait au 1er trimestre et est intégré à la mesure de la nuque pour prédire le risque de trisomie 21.
• Le dosage des marqueurs sériques ( >1/250) est un test intéressant, il existe cependant un test plus spécifique et sensible, le DPNI (= dépistage prénatal non invasif).
• Chez l'enfant, les indications sont : malformations, retard mental, retard de développement.
• Chez l'adolescent, les indications sont : anomalies de la croissance, anomalies de la puberté.
• Chez un couple, les indications sont : bilan d'infertilité et de fausses couches, bébé porteur d'une anomalie chromosomique.