CARYOTYPE: À QUOI ÇA SERT, TYPES, COMMENT EST-IL FAIT, MODIFICATIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Le caryotype est une photographie de l'ensemble complet des chromosomes en métaphase qui détaille certains aspects de leur nombre et de leur structure. La branche des sciences médicales et biologiques qui traite de l'étude des chromosomes et des maladies connexes est connue sous le nom de cytogénétique.

Les chromosomes sont les structures dans lesquelles les gènes contenus dans les molécules d'acide désoxyribonucléique (ADN) sont organisés. Chez les eucaryotes, ils sont composés de chromatine, un complexe de protéines histones et d'ADN qui est emballé dans le noyau de toutes les cellules.

Caryotype humain obtenu avec des colorants fluorescents (Source: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons

Les cellules de tout être vivant sur Terre ont un nombre particulier de chromosomes. Les bactéries, par exemple, n'ont qu'une seule circulaire, tandis que les humains en ont 46 organisées en 23 paires; et certaines espèces d'oiseaux ont jusqu'à 80 chromosomes.

Contrairement aux humains, les cellules végétales ont généralement plus de deux ensembles homologues (identiques) de chromosomes. Ce phénomène est connu sous le nom de polyploïdie.

Toutes les instructions nécessaires à la croissance et au développement des êtres vivants, unicellulaires ou multicellulaires, sont contenues dans les molécules d'ADN enroulées sur les chromosomes. D'où l'importance de connaître sa structure et ses caractéristiques chez une espèce ou chez l'un de ses individus.

Le terme caryotype a été utilisé pour la première fois dans les années 1920 par Delaunay et Levitsky pour désigner la somme des propriétés physiques caractéristiques des chromosomes: leur nombre, leur taille et leurs particularités structurelles.

Depuis, il est utilisé dans le même but dans le contexte de la science moderne; et son étude accompagne de nombreux processus de diagnostic clinique de diverses maladies chez l'homme.

Caryotype humain

L'ensemble de 46 chromosomes (23 paires) qui composent le génome humain est connu sous le nom de caryotype humain et qui sont organisés graphiquement en fonction de caractéristiques telles que la taille et le motif de bandes, ce qui est évident grâce à l'utilisation de techniques de coloration spéciales.

Représentation schématique du caryotype humain (Source: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Sur les 23 paires de chromosomes, seules 1 à 22 sont classées par ordre de taille. Dans les cellules somatiques, c'est-à-dire non sexuelles, ces 22 paires se retrouvent et, selon le sexe de l'individu, qu'il soit masculin ou féminin, une paire de chromosomes X (femmes) ou la paire XY (hommes) est ajoutée..

Les paires 1 à 22 sont appelées chromosomes autosomiques et sont les mêmes chez les deux sexes (mâle et femelle), tandis que les chromosomes sexuels, X et Y, sont différents les uns des autres.

A quoi sert le caryotype?

L'utilité principale d'un caryotype est la connaissance détaillée de la charge chromosomique d'une espèce et des caractéristiques de chacun de ses chromosomes.

Bien que certaines espèces soient polymorphes et polyploïdes par rapport à leurs chromosomes, c'est-à-dire qu'elles ont des formes et des nombres variables tout au long de leur cycle de vie, la connaissance du caryotype nous permet généralement de déduire de nombreuses informations importantes à leur sujet.

Grâce au caryotype, des changements chromosomiques à «grande échelle» impliquant de gros morceaux d'ADN peuvent être diagnostiqués. Chez l'homme, de nombreuses maladies ou affections mentalement handicapées et d'autres défauts physiques sont liés à de graves anomalies chromosomiques.

Types de caryotypes

Les caryotypes sont décrits selon la notation approuvée par le Système international de nomenclature cytogénétique humaine (ISCN).

Dans ce système, le numéro attribué à chaque chromosome a à voir avec sa taille, et ils sont généralement classés du plus grand au plus petit. Les chromosomes sont présentés dans les caryotypes comme des paires de chromatides soeurs avec le petit bras (p) tourné vers le haut.

Les types de caryotypes se distinguent par les techniques utilisées pour les obtenir. Habituellement, la différence réside dans les types de coloration ou de «marquage» utilisés pour différencier un chromosome d'un autre.

Voici un bref résumé de certaines des techniques connues à ce jour:

Coloration solide

En cela, des colorants tels que la Giemsa et l'orcéine sont utilisés pour colorer les chromosomes uniformément. Il a été largement utilisé jusqu'au début des années 1970, car ils étaient les seuls colorants connus à l'époque.

Bande G ou coloration Giemsa

C'est la technique la plus utilisée en cytogénétique classique. Les chromosomes sont préalablement digérés avec de la trypsine puis colorés. Le motif de bandes obtenu après coloration est spécifique à chaque chromosome et permet des études détaillées de sa structure.

Il existe des méthodes alternatives à la coloration au Giemsa, mais elles donnent des résultats très similaires, comme la bande Q et la bande R inversée (où les bandes sombres observées sont les bandes claires obtenues avec la bande G).

Bande C constitutive

Il colore spécifiquement l'hétérochromatine, en particulier celle trouvée dans les centromères. Il colore également du matériel dans les bras courts des chromosomes acrocentriques et la région distale du bras long du chromosome Y.

Bandes de réplication

Il est utilisé pour identifier le chromosome X inactif et implique l'ajout d'un analogue nucléotidique (BrdU).

Tache d'argent

Il a été utilisé historiquement pour identifier les régions d'organisation nucléolaire qui contiennent de nombreuses copies d'ARN ribosomal et se trouvent dans les régions centromériques.

Coloration à la distamycine A / DAPI

Il s'agit d'une technique de coloration fluorescente qui distingue l'hétérochromatine des chromosomes 1, 9, 15, 16 et du chromosome Y chez l'homme. Il est notamment utilisé pour distinguer la duplication inversée du chromosome 15.

Fluorescent in situ hybridation (FISH)

Reconnue comme la plus grande avancée cytogénétique après les années 1990, il s'agit d'une technique puissante permettant de distinguer les délétions submicroscopiques. Il utilise des sondes fluorescentes qui se lient spécifiquement aux molécules d'ADN chromosomique, et il existe plusieurs variantes de la technique.

Hybridation génomique comparative (CGH)

Il utilise également des sondes fluorescentes pour marquer l'ADN de manière différentielle, mais utilise des normes de comparaison connues.

Autres techniques

D'autres techniques plus modernes n'impliquent pas directement l'analyse de la structure chromosomique, mais plutôt l'étude directe de la séquence d'ADN. Il s'agit notamment des puces à ADN, du séquençage et d'autres techniques basées sur l'amplification par PCR (réaction en chaîne par polymérase).

Comment se déroule un caryotype?

Il existe différentes techniques pour réaliser l'étude des chromosomes ou du caryotype. Certains sont plus sophistiqués que d'autres, car ils permettent la détection de petites altérations imperceptibles par les méthodes les plus couramment utilisées.

Les analyses cytogénétiques pour obtenir le caryotype sont généralement effectuées à partir de cellules présentes dans la muqueuse buccale ou dans le sang (à l'aide de lymphocytes). Dans le cas d'études réalisées sur des nouveau-nés, des prélèvements sont effectués dans le liquide amniotique (techniques invasives) ou dans les cellules sanguines fœtales (techniques non invasives).

Les raisons pour lesquelles un caryotype est pratiqué sont diverses, mais elles le sont souvent dans le but de diagnostiquer des maladies, des études de fertilité ou pour découvrir les causes de fausses couches récurrentes ou de décès fœtaux et de cancers, entre autres raisons.

Les étapes pour effectuer un test de caryotype sont les suivantes:

1-Obtention de l'échantillon (quelle que soit sa source).

2-Séparation des cellules, une étape vitale, en particulier dans les échantillons de sang. Dans de nombreux cas, il est nécessaire de séparer les cellules en division des cellules en division à l'aide de réactifs chimiques spéciaux.

Croissance à 3 cellules. Parfois, il est nécessaire de cultiver les cellules dans un milieu de culture approprié pour en obtenir une plus grande quantité. Cela peut prendre plus de quelques jours, selon le type d'échantillon.

4-Synchronisation des cellules. Pour observer les chromosomes condensés dans toutes les cellules cultivées en même temps, il est nécessaire de les «synchroniser» au moyen de traitements chimiques qui arrêtent la division cellulaire lorsque les chromosomes sont plus compacts et donc visibles.

5-Obtention de chromosomes à partir de cellules. Pour les voir au microscope, les chromosomes doivent être «retirés» des cellules. Ceci est généralement réalisé en les traitant avec des solutions qui les font éclater et se désintégrer, libérant les chromosomes.

6-Coloration. Comme souligné ci-dessus, les chromosomes doivent être colorés par l'une des nombreuses techniques disponibles afin de pouvoir les observer au microscope et effectuer l'étude correspondante.

7-Analyse et comptage. Les chromosomes sont observés en détail pour déterminer leur identité (dans le cas de le savoir à l'avance), leurs caractéristiques morphologiques telles que la taille, la position du centromère et le motif de bandes, le nombre de chromosomes dans l'échantillon, etc.

8-Classification. L'une des tâches les plus ardues des cytogénéticiens est celle de la classification des chromosomes en comparant leurs caractéristiques, car il est nécessaire de déterminer quel chromosome est lequel. En effet, comme il y a plus d'une cellule dans l'échantillon, il y aura plus d'une paire du même chromosome.

Anomalies chromosomiques

Avant de décrire les différentes altérations chromosomiques qui peuvent exister et leurs conséquences pour la santé humaine, il est nécessaire de se familiariser avec la morphologie générale des chromosomes.

Morphologie chromosomique

Les chromosomes sont des structures qui semblent linéaires et ont deux «bras», un petit (p) et un plus grand (q) séparés l'un de l'autre par une région connue sous le nom de centromère, un site spécialisé d'ADN qui participe à l'ancrage du fuseau. mitotique pendant la division cellulaire mitotique.

Le centromère peut être situé au centre des deux bras p et q, loin du centre ou à proximité d'une de ses extrémités (métacentrique, sous-métacentrique ou acrocentrique).

Aux extrémités des bras courts et longs, les chromosomes ont des «coiffes» appelées télomères, qui sont des séquences d'ADN particulières riches en répétitions TTAGGG et qui sont chargées de protéger l'ADN et d'empêcher la fusion entre chromosomes.

Au début du cycle cellulaire, les chromosomes sont considérés comme des chromatides individuelles, mais à mesure que la cellule se réplique, deux chromatides sœurs se forment qui partagent le même matériel génétique. Ce sont ces paires chromosomiques que l'on voit sur les photographies du caryotype.

Les chromosomes ont différents degrés de "tassement" ou de "condensation": l'hétérochromatine est la forme la plus condensée et est transcriptionnellement inactive, tandis que l'euchromatine correspond aux régions les plus lâches et est transcriptionnellement active.

Dans un caryotype, chaque chromosome se distingue, comme souligné ci-dessus, par sa taille, la position de son centromère et le motif de bandes lorsqu'il est coloré avec différentes techniques.

Anomalies chromosomiques

Du point de vue pathologique, on peut préciser des altérations chromosomiques spécifiques qui sont régulièrement observées dans les populations humaines, bien que d'autres animaux, plantes et insectes n'en soient pas exempts.

Les anomalies sont souvent liées à des délétions et des duplications de régions d'un chromosome ou de chromosomes entiers.

Ces défauts sont connus sous le nom d'aneuploïdies, qui sont des altérations chromosomiques qui impliquent la perte ou le gain d'un chromosome complet ou de parties de celui-ci. Les pertes sont connues sous le nom de monosomies et les gains sont connus sous le nom de trisomies, et bon nombre d'entre elles sont mortelles pour les fœtus en développement.

Il peut également y avoir des cas d'inversions chromosomiques, où l'ordre de la séquence du gène change en raison de ruptures simultanées et de réparations erronées d'une région du chromosome.

Les translocations sont également des altérations chromosomiques qui impliquent des changements dans de grandes parties de chromosomes qui sont échangées entre des chromosomes non homologues et peuvent ou non être réciproques.

Il existe également des altérations liées à des dommages directs à la séquence de gènes contenus dans l'ADN chromosomique; et il y en a même des effets liés aux «marques» génomiques que le matériel hérité de l'un des deux parents peut apporter.

Maladies humaines détectées avec des caryotypes

L'analyse cytogénétique des altérations chromosomiques avant et après la naissance est essentielle pour la prise en charge clinique complète des nourrissons, quelle que soit la technique utilisée à cet effet.

Le syndrome de Down est l'une des pathologies les plus fréquemment détectées dans l'étude du caryotype, et elle a à voir avec la non-disjonction du chromosome 21, c'est pourquoi elle est également connue sous le nom de trisomie 21.

Caryotype d'un humain avec trisomie sur le chromosome 21 (Source: Programme du génome humain du Département américain de l'énergie. Via Wikimedia Commons)

Certains types de cancer sont détectés par l'étude du caryotype, car ils sont liés à des modifications chromosomiques, en particulier avec la suppression ou la duplication de gènes directement impliqués dans les processus oncogènes.

Certains types d'autisme sont diagnostiqués sur la base de l'analyse du caryotype, et la duplication du chromosome 15 s'est avérée impliquée dans certaines de ces pathologies chez l'homme.

Parmi les autres pathologies associées aux délétions du chromosome 15, il y a le syndrome de Prader-Willi, qui provoque des symptômes tels qu'un manque de tonus musculaire et des déficiences respiratoires chez les nourrissons.

Le syndrome du «chat qui pleure» (du français cri-du-chat) implique la perte du bras court du chromosome 5 et l'une des méthodes les plus directes pour son diagnostic est l'étude cytogénétique du caryotype.

La translocation de parties entre les chromosomes 9 et 11 caractérise les patients souffrant de trouble bipolaire, spécifiquement lié à la perturbation d'un gène sur le chromosome 11. D'autres défauts sur ce chromosome ont également été observés dans diverses malformations congénitales.

Selon une étude réalisée par Weh et al..

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